Donantes de moléculas pequeñas de tipo A-D-A con banda prohibida media estructuralmente bloqueados para celdas solares orgánicas de moléculas pequeñas de bajo costo y alta eficiencia

El desarrollo de donantes de polímero de alto rendimiento y donantes de moléculas pequeñas de anillo fusionado (SMDs) para celdas solares orgánicas a menudo se ve obstaculizado por la complejidad de síntesis multifase y la alta complejidad sintética, restringiendo su figura de mérito (FOM). En este estudio, informamos sobre dos SMDs simples de tipo A-D-A con banda prohibida media, AW-01 y AW-02, que presentan el mismo dialcoxi-benceno como núcleo central y dos indanediones como unidades terminales que retiran electrones, pero que difieren en los enlaces π en sus unidades donantes (tiofeno para AW-01 y etileno-dioxitiofeno para AW-02). Ambos donantes fueron sintetizados a través de una ruta sintética fácil de cuatro pasos utilizando reacciones de arilación C-H directa y condensación de Knoevenagel sin reactivos peligrosos. Se empleó una estrategia de interacción no covalente intramolecular para mejorar la planaridad molecular; notablemente, AW-02 exhibe múltiples interacciones O···S y O···H, lo que conduce a la rigidez de la columna vertebral y a la agregación J. AW-02 muestra absorción complementaria con el aceptor Y6 entre 450-900 nm y una alineación de niveles de energía adecuada. Las OSCs de moléculas pequeñas procesadas con solventes no halogenados basadas en AW-02/Y6 alcanzaron una alta eficiencia de conversión de potencia (PCE) de 15.11%, superando significativamente a AW-01 (7.49%). El rendimiento superior de AW-02 se atribuye principalmente a su mayor Jsc y FF, que surgen de un transporte de carga mejorado, mobilidades equilibradas de huecos y electrones, bajas pérdidas de energía radiativa y reducción de la recombinación asistida por trampas, igualando las eficiencias más altas informadas para OSCs basadas en SMDs binarias sin aditivos. Este trabajo demuestra una estrategia prometedora para desarrollar SMDs simples, de bajo costo y altamente eficientes para futuras OSCs ASM escalables, destacando su potencial para reemplazar donantes de polímeros de alta eficiencia y SMDs fusionados.