La composition chimique alliée mixte de chloro-(chloro)n-boron subnaphtalocyanines dicte leurs propriétés physiques et leurs performances dans les dispositifs photovoltaïques organiques – Journal of Materials Chemistry A (RSC Publishing)

La chloro-boron subnaphtalocyanine (Cl-BsubNc) a récemment suscité un intérêt significatif en tant que matériau de récolte de la lumière et de transport de charge dans les dispositifs photovoltaïques organiques (OPV) en permettant une cellule OPV à hétérojonction planaire efficace à 8,4 %. Nous présentons ici une variété de données expérimentales qui soutiennent la conclusion que le Cl-BsubNc, qu’il soit synthétisé par des méthodes de la littérature ou par nos méthodes internes ou acheté dans le commerce, est en fait une composition mixte alliée de Cl-BsubNc avec des quantités aléatoires de chloration à la (aux) position(s) de la baie de la structure macrocyclique BsubNc que nous appellerons ci-après Cl-ClnBsubNc(s). Nous décrivons nos efforts pour développer des processus chimiques alternatifs, par lesquels nous avons obtenu des échantillons avec des quantités plus faibles et plus élevées de chloration en position baie. Cependant, nous n’avons pas été en mesure d’obtenir un échantillon de Cl-BsubNc pur, non chloré en baie. Les positions et les fréquences des atomes de chlore périphériques ont été déterminées par cristallographie aux rayons X monocristalline de deux compositions différentes d’alliages mixtes d’échantillons de Cl-ClnBsubNc et par analyse MS et XPS de tous les échantillons de Cl-ClnBsubNc. On a constaté que les propriétés photo- et électro-physiques différaient entre les échantillons de Cl-ClnBsubNc avec des quantités variables de chloration. Ces différences se sont également traduites par des performances variables dans les OPV à hétérojonction planaire, où un mélange de Cl-ClnBsubNc avec des quantités plus faibles de chloration a produit des OPV moins efficaces (bien qu’avec une tension de circuit ouvert plus élevée) par rapport à un mélange avec des quantités plus élevées de chloration. De plus, un échantillon de Cl-ClnBsubNc fabriqué en interne, avec le niveau le plus élevé de chloration en position de baie, a donné les OPV les plus performants grâce à un facteur de remplissage amélioré. Un échantillon commercial de Cl-ClnBsubNc a également donné des VPO avec des efficacités équivalentes à un échantillon de Cl-ClnBsubNc préparé dans notre laboratoire. Il est donc probable que ce mélange de Cl-ClnBsubNc soit présent dans le dispositif OPV dont l’efficacité est de 8,4 %. Nos résultats mettent donc en garde contre le fait que les échantillons de Cl-BsubNc utilisés dans la littérature existante ne sont probablement pas une composition chimique pure mais plutôt des mélanges de Cl-ClnBsubNc avec une chloration en position de baie. Nos résultats clarifient les résultats de la littérature précédente sur la chimie du Cl-BsubNc, raffermissent les propriétés photo- et électro-physiques de ces matériaux, et offrent un aperçu supplémentaire de leur application en tant que matériaux fonctionnels dans des OPV efficaces.

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