Fluorination-enabled optimal morphology leads to over 11% efficiency for inverted small-molecule organic solar cells.
Fluorination-enabled optimal morphology leads to over 11% efficiency for inverted small-molecule organic solar cells.
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氟化%20最佳%20形态%20领先%20至%20over%2011%%20效率%20用于%20反向%20小分子%20有机%20太阳能%20细胞
DOI：
10.1038/ncomms13740
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发表时间：
2016-12-19
影响因子：
16.6
通讯作者：
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
可溶液加工的有机太阳能电池用小分子材料由于其相对于聚合物具有明确的分子结构而受到人们的广泛关注。然而，基于小分子的器件效率仍然低于聚合物的器件效率，特别是对于倒置器件，其最高效率<9%。在这里，我们报告了三个新的溶液加工的小分子，其中包含π桥与梯度降低的电子密度和末端受体取代各种氟原子（0 F，1F和2F，分别）。氟化导致最佳的活性层形态，包括增强的域纯度，分层域尺寸和定向垂直相梯度的形成。最佳形态平衡电荷分离和转移，并促进电荷收集。因此，氟化分子表现出优异的倒置器件性能，并且对于两个氟原子取代的分子实现了11.08%的平均功率转换效率。
Solution-processable small molecules for organic solar cells have attracted intense attention for their advantages of definite molecular structures compared with their polymer counterparts. However, the device efficiencies based on small molecules are still lower than those of polymers, especially for inverted devices, the highest efficiency of which is <9%. Here we report three novel solution-processable small molecules, which contain π-bridges with gradient-decreased electron density and end acceptors substituted with various fluorine atoms (0F, 1F and 2F, respectively). Fluorination leads to an optimal active layer morphology, including an enhanced domain purity, the formation of hierarchical domain size and a directional vertical phase gradation. The optimal morphology balances charge separation and transfer, and facilitates charge collection. As a consequence, fluorinated molecules exhibit excellent inverted device performance, and an average power conversion efficiency of 11.08% is achieved for a two-fluorine atom substituted molecule.
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