Interfacial electronic structure of Cl6SubPc non-fullerene acceptors in organic photovoltaics using soft X-ray spectroscopies

文献情報

出版日 2017-11-09
DOI 10.1039/C7CP04876A
インパクトファクター 3.676
著者

Hyunbok Lee, Sun Woo Ahn, Sim Hee Ryu, Bo Kyung Ryu, Myeung Hee Lee, Sang Wan Cho, Kevin E. Smith


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要旨

In organic photovoltaics (OPVs), determining the energy-level alignment of a donor and an acceptor is particularly important since the interfacial energy gap between the highest occupied molecular orbital (HOMO) level of a donor and the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) level of an acceptor (EDHOMO–EALUMO) gives the theoretical maximum value of the open-circuit voltage (VOC). To increase the EDHOMO–EALUMO, non-fullerene acceptors, which have a lower electron affinity (EA) than C60, are receiving increasing attention. In this study, we investigated the energy-level alignment at the interface of a boron chloride subphthalocyanine (SubPc) donor and a halogenated SubPc (Cl6SubPc) acceptor using soft X-ray spectroscopy techniques. The estimated EDHOMO–EALUMO of Cl6SubPc/SubPc was 1.95 eV, which was significantly higher than that of 1.51 eV found at the interface of C60/SubPc. This increased EDHOMO–EALUMO was the origin of the enhanced VOC in OPVs. Additionally, we studied the molecular orientation of Cl6SubPc using angle-dependent X-ray absorption spectroscopy. The highly disordered Cl6SubPc molecules result in low carrier mobility, which contributes to the lower short-circuit current density of the Cl6SubPc acceptor OPVs than the C60 acceptor OPVs.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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