백본 비틀림과 터미널 오버랩을 통한 π-브리지 공학으로 높은 효율의 비융합 링 전자 수용체를 위한 균형 잡힌 JSC-VOC

초록 고위치 및 균형 잡힌 개방 회로 전압 (VOC)과 단락 전류 밀도 (JSC)는 유기 태양 전지 (OSCs)의 효율성에 필수적입니다. 일반적으로 π-브리지 전략은 VOC-JSC 쌍의 균형을 맞출 수 있는 효과적인 분자 기능화 경로 역할을 합니다. 본 연구에서는 측면 알킬 사슬의 크기, 수 및 위치를 체계적으로 조절하여 비융합 링 전자 수용체(NFREAs)인 2T-T-EH, 2T-T-2EH 및 2T-TT-2EH를 설계하고 합성하였습니다. 내부 알킬 측면 사슬을 도입하면 비틀린 백본이 생성되며, 이는 가장 낮은 점유되지 않은 분자 궤도 (LUMO) 에너지 수준을 높이고 에너지 손실을 감소시켜 더 높은 VOC를 촉진합니다. 단결정 분석 또한 2T-TT-2EH에서의 π-확장 기능이 이중 측면 사슬의 혼잡을 효과적으로 완화하고, 터미널 오버랩을 위한 공간을 더 많이 남겨 효율적인 전하 수송을 촉진하고 JSC를 향상시키는 것을 보여줍니다. 결과적으로 이진 OSC에서 VOC (0.916 V)와 JSC (21.21 mA cm−2) 간의 타협이 이루어졌습니다. LUMO 에너지 수준과 VOC의 상승은 2T-TT-2EH가 삼원 OSC의 세 번째 구성 요소로 작용하여 D18:BTP-eC9-4F: 2T-TT-2EH 기반 장치에서 19.07%의 인상적인 전력 변환 효율 (PCE)을 달성할 수 있도록 합니다. 이 연구의 결과는 π-브리지를 세밀하게 조정하는 것이 NFREAs의 광전 성능을 최적화하기 위한 간단한 방법임을 시사하며, 균형 잡힌 VOC와 JSC를 보장합니다.