Propiedades Electrónicas de Células Solares Orgánicas Basadas en Aceptores No Fullerénicos Funcionalizados con CF₃ ⊥

Área de la Ciencia:

• Fotovoltaicos orgánicos (OPVs); Ciencia de materiales; Física del estado sólido

Sus antecedentes:

• La disociación eficiente de excitones y el transporte de carga son cruciales para la próxima generación de fotovoltaicos orgánicos (OPVs).; Los aceptores no fullerénicos (NFAs) son componentes clave en los dispositivos OPV, y el diseño molecular influye significativamente en el rendimiento.; La optimización de las interfaces donador/aceptor y el transporte de carga dentro de las fases es esencial para una alta eficiencia.

Objetivo del estudio:

• Investigar el impacto del aceptor no fullerénico (NFA) sustituido con trifluorometilo, Y2CF3, en el rendimiento de los fotovoltaicos orgánicos (OPV).; Elucidar los procesos electrónicos y los mecanismos de transporte de carga en mezclas de PM6:Y2CF3 en comparación con PM6:Y6.; Comprender cómo la fluoración dirigida de la cadena lateral influye en el empaquetamiento molecular y la eficiencia del dispositivo.

Principales métodos:

• Simulaciones de dinámica molecular (MD); Cálculos de teoría de funcionales de densidad (DFT); Análisis del rendimiento del dispositivo de mezclas de PM6:Y2CF3

Principales resultados:

• Y2CF3 exhibe una energía de excitación local de singlete (1LE) desplazada hacia el rojo y energías estables de transferencia de carga (1CT), lo que reduce la brecha 1LE-1CT para una rápida separación de carga.; Las tasas mejoradas de transferencia de electrones en Y2CF3 se atribuyen a fuertes interacciones de terminal a terminal derivadas de un empaquetamiento cristalino favorable.; Las fluctuaciones térmicas aumentan significativamente el transporte de huecos en PM6, equilibrando las tasas de transporte de electrones y huecos.

Conclusiones:

• La fluoración dirigida de la cadena lateral en los NFAs, como Y2CF3, optimiza el empaquetamiento molecular, lo que conduce a una mejora de la separación y el transporte de carga.; El NFA Y2CF3 demuestra potencial para mejorar la eficiencia de los OPV a través del diseño molecular.; La comprensión de estas relaciones estructura-propiedad es vital para avanzar en la tecnología OPV.