Spiro-Verknüpfung als alternative Strategie für vielversprechende Nichtfulleren-Akzeptoren in organischen Solarzellen

Diese Arbeit konzentriert sich auf die Entwicklung von diketopyrrolopyrrol (DPP)-basierten kleinen molekularen Nichtfulleren-Akzeptoren für Bulk-Heterojunction (BHJ) organische Solarzellen. Die Materialien, SF-DPPs, weisen eine X-förmige Geometrie auf, die aus vier DPP-Einheiten besteht, die an ein Spirobifluoren (SF)-Zentrum gebunden sind. Das Spiro-Dimer von DPP-Fluoren-DPP ist stark verdreht, was starke intermolekulare Aggregation unterdrückt. Verzweigte 2-Ethylhexyl (EH), lineares n-Octyl (C8) und n-Dodecyl (C12) Alkylseiten wurden als Substituenten gewählt, um die N,N-Positionen der DPP-Einheit zu funktionalisieren und die molekularen Wechselwirkungen zu steuern. SF-DPPEH, der beste Kandidat in der Familie der SF-DPPs, zeigte, wenn er mit Poly(3-Hexylthiophen) (P3HT) gemischt wurde, eine moderate Kristallinität und erzielte einen J sc von 6,96 mA cm −2, V oc von 1,10 V, einen Füllfaktor von 47,5 % und einen Wirkungsgrad von 3,63 %. Allerdings weisen SF-DPPC8 und SF-DPPC12 eine niedrigere Kristallinität in ihren BHJ-Mischungen auf, was für ihren reduzierten J sc verantwortlich ist. Die Kopplung von DPP-Einheiten mit SF unter Verwendung einer Acetylenbrücke ergibt SF-A-DPP-Moleküle. Eine solche kleine Modifikation führt zu drastisch unterschiedlichen morphologischen Eigenschaften und weit unterlegenen Geräteleistungen. Diese Beobachtungen demonstrieren eine solide Struktur-Eigenschafts-Beziehung durch Topologiekontrolle und Materialdesign. Diese Arbeit bietet einen neuen molekularen Entwurfansatz zur Entwicklung effizienter kleiner molekularer Nichtfulleren-Akzeptoren.