Dévoiler les relations structure-performance à partir de plusieurs échelles dans des photovoltaïques organiques non-fullerènes

Dévoiler les corrélations entre les structures moléculaires, les caractéristiques morphologiques, les propriétés macroscopiques et les performances des dispositifs est crucial pour développer de meilleurs matériaux photovoltaïques et atteindre des rendements plus élevés. Pour atteindre cet objectif, une étude complète est réalisée basée sur quatre accepteurs non-fullerènes (NFAs) à la pointe de la technologie, ce qui permet d'examiner systématiquement les corrélations mentionnées ci-dessus à partir de différentes échelles. Il a été constaté que l'extension de la conjugaison des NFAs a des effets positifs sur la promotion de la séparation des charges et la réduction des pertes non radiatives, tandis que des terminaux asymétriques peuvent maximiser les avantages des deux terminaux. Une autre optimisation moléculaire provient de l'ajustement de la chaîne alkyle. La chaîne latérale alkyle raccourcie renforce l'emballage terminal et diminue la distance π-π, ce qui contribue à une haute mobilité des porteurs et enfin à une haute efficacité de collecte des charges. Avec les avantages les plus acquis des structures moléculaires et des facteurs macroscopiques, les photovoltaïques organiques (OPVs) basés sur PM6:BTP-S9 présentent une efficacité optimale de 17,56 % (certifié : 17,4 %) avec un facteur de remplissage élevé de 78,44 %, représentant le meilleur parmi les OPVs basés sur des accepteurs asymétriques. Ce travail offre un aperçu des relations structure-performance et ouvre la voie vers des OPVs haute performance via la conception moléculaire.