La composición química aleada mixta de las subnaftalocianinas de cloro-(cloro)n-boro dicta sus propiedades físicas y su rendimiento en dispositivos fotovoltaicos orgánicos – Journal of Materials Chemistry A (RSC Publishing)

La subnaftalocianina de cloro-boro (Cl-BsubNc) ha despertado recientemente un gran interés como material de recolección de luz y transporte de carga en dispositivos fotovoltaicos orgánicos (OPV) al permitir una célula OPV de heterounión planar con una eficiencia del 8,4%. Presentamos aquí una variedad de datos experimentales que apoyan la conclusión de que el Cl-BsubNc, ya sea sintetizado a través de métodos de la literatura o de nuestros métodos internos o comprado comercialmente, es en realidad una composición aleada mixta de Cl-BsubNcs con cantidades aleatorias de cloración en la(s) posición(es) de la bahía de la estructura macrocíclica BsubNc a la que nos referiremos en adelante como Cl-ClnBsubNc(s). Exponemos nuestros esfuerzos para desarrollar procesos químicos alternativos, mediante los cuales obtuvimos muestras con cantidades más bajas y más altas de cloración en la posición de la bahía. Sin embargo, no pudimos obtener una muestra pura, no clorada en la bahía, de Cl-BsubNc. Las posiciones y frecuencias de los átomos de cloro periféricos se determinaron a través de la cristalografía de rayos X de un solo cristal de dos composiciones aleadas diferentes de muestras de Cl-ClnBsubNc y del análisis MS y XPS de todas las muestras de Cl-ClnBsubNc. Se comprobó que las propiedades foto y electrofísicas difieren entre las muestras de Cl-ClnBsubNc con distintas cantidades de cloración. Estas diferencias también se tradujeron en un rendimiento diferente dentro de las OPV de heterounión planar, ya que una mezcla de Cl-ClnBsubNc con menores cantidades de cloración produjo OPVs menos eficientes (aunque con un mayor voltaje de circuito abierto) en comparación con una mezcla con mayores cantidades de cloración. Además, una muestra de Cl-ClnBsubNc de fabricación propia, con el mayor nivel de cloración en la posición de la bahía, produjo los OPV de mejor rendimiento gracias a un factor de llenado mejorado. Una muestra comercial de Cl-ClnBsubNc también produjo OPVs con eficiencias equivalentes a una muestra de Cl-ClnBsubNc preparada en nuestro laboratorio. Por lo tanto, es probable que esta mezcla de Cl-ClnBsubNc esté presente en el dispositivo OPV con una eficiencia del 8,4%. Por lo tanto, nuestros resultados ofrecen una nota de advertencia de que las muestras de Cl-BsubNc utilizadas en la literatura existente probablemente no tienen una composición química pura, sino que son más bien mezclas de Cl-ClnBsubNcs con cloración en posición de bahía. Nuestros hallazgos aclaran los resultados de la literatura anterior sobre la química del Cl-BsubNc, confirman las propiedades foto y electrofísicas de estos materiales, y ofrecen una visión adicional sobre su aplicación como materiales funcionales en OPVs eficientes.

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