A planar fused-ring electron acceptor (IC-C6IDT-IC) based on indacenodithiophene is designed and synthesized. IC-C6IDT-IC shows strong absorption in 500–800 nm with extinction coefficient of up to 2.4 × 105 M–1 cm–1 and high electron mobility of 1.1 × 10–3 cm2 V–1 s–1. The as-cast polymer solar cells based on IC-C6IDT-IC without additional treatments exhibit power conversion efficiencies of up to 8.71%.

Advanced MaterialsVolume 29, Issue 3 1604155 Communication Mapping Polymer Donors toward High-Efficiency Fullerene Free Organic Solar Cells Yuze Lin, Yuze Lin Department of Materials Science and Engineering, College of Engineering, Key Laboratory of Polymer Chemistry and Physics of Ministry of Education, Peking University, Beijing, 100871 China Department of Chemistry, Capital Normal University, Beijing, 100048 ChinaSearch for more papers by this authorFuwen Zhao, Fuwen Zhao Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100190 ChinaSearch for more papers by this authorYang Wu, Yang Wu State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials, Xi'an Jiaotong University, Xi'an, 710049 ChinaSearch for more papers by this authorKai Chen, Kai Chen MacDiarmid Institute for Advanced Materials and Nanotechnology and School of Chemical and Physical Sciences, Victoria University of Wellington, Wellington, 6010 New ZealandSearch for more papers by this authorYuxin Xia, Yuxin Xia Biomolecular and Organic Electronics, IFM, Linköping University, Linköping, 58183 SwedenSearch for more papers by this authorGuangwu Li, Guangwu Li Beijing Key Laboratory of Energy Conversion and Storage Materials, College of Chemistry, Beijing Normal University, Beijing, 100875 ChinaSearch for more papers by this authorShyamal K. K. Prasad, Shyamal K. K. Prasad MacDiarmid Institute for Advanced Materials and Nanotechnology and School of Chemical and Physical Sciences, Victoria University of Wellington, Wellington, 6010 New ZealandSearch for more papers by this authorJingshuai Zhu, Jingshuai Zhu Department of Chemistry, Capital Normal University, Beijing, 100048 ChinaSearch for more papers by this authorLijun Huo, Lijun Huo Heeger Beijing Research and Development Center, School of Chemistry and Environment, Beihang University, Beijing, 100191 ChinaSearch for more papers by this authorHaijun Bin, Haijun Bin Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100190 ChinaSearch for more papers by this authorZhi-Guo Zhang, Zhi-Guo Zhang Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100190 ChinaSearch for more papers by this authorXia Guo, Xia Guo Laboratory of Advanced Optoelectronic Materials, College of Chemistry, Chemical Engineering and Materials Science, Soochow University, Suzhou, 215123 ChinaSearch for more papers by this authorMaojie Zhang, Maojie Zhang Laboratory of Advanced Optoelectronic Materials, College of Chemistry, Chemical Engineering and Materials Science, Soochow University, Suzhou, 215123 ChinaSearch for more papers by this authorYanming Sun, Yanming Sun Heeger Beijing Research and Development Center, School of Chemistry and Environment, Beihang University, Beijing, 100191 ChinaSearch for more papers by this authorFeng Gao, Feng Gao Biomolecular and Organic Electronics, IFM, Linköping University, Linköping, 58183 SwedenSearch for more papers by this authorZhixiang Wei, Zhixiang Wei National Center for Nanoscience and Technology, Beijing, 100190 ChinaSearch for more papers by this authorWei Ma, Wei Ma State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials, Xi'an Jiaotong University, Xi'an, 710049 ChinaSearch for more papers by this authorChunru Wang, Chunru Wang Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100190 ChinaSearch for more papers by this authorJustin Hodgkiss, Justin Hodgkiss MacDiarmid Institute for Advanced Materials and Nanotechnology and School of Chemical and Physical Sciences, Victoria University of Wellington, Wellington, 6010 New ZealandSearch for more papers by this authorZhishan Bo, Zhishan Bo Beijing Key Laboratory of Energy Conversion and Storage Materials, College of Chemistry, Beijing Normal University, Beijing, 100875 ChinaSearch for more papers by this authorOlle Inganäs, Olle Inganäs Biomolecular and Organic Electronics, IFM, Linköping University, Linköping, 58183 SwedenSearch for more papers by this authorYongfang Li, Yongfang Li Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100190 China Laboratory of Advanced Optoelectronic Materials, College of Chemistry, Chemical Engineering and Materials Science, Soochow University, Suzhou, 215123 ChinaSearch for more papers by this authorXiaowei Zhan, Corresponding Author Xiaowei Zhan xwzhan@pku.edu.cn Department of Materials Science and Engineering, College of Engineering, Key Laboratory of Polymer Chemistry and Physics of Ministry of Education, Peking University, Beijing, 100871 ChinaE-mail: xwzhan@pku.edu.cnSearch for more papers by this author Yuze Lin, Yuze Lin Department of Materials Science and Engineering, College of Engineering, Key Laboratory of Polymer Chemistry and Physics of Ministry of Education, Peking University, Beijing, 100871 China Department of Chemistry, Capital Normal University, Beijing, 100048 ChinaSearch for more papers by this authorFuwen Zhao, Fuwen Zhao Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100190 ChinaSearch for more papers by this authorYang Wu, Yang Wu State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials, Xi'an Jiaotong University, Xi'an, 710049 ChinaSearch for more papers by this authorKai Chen, Kai Chen MacDiarmid Institute for Advanced Materials and Nanotechnology and School of Chemical and Physical Sciences, Victoria University of Wellington, Wellington, 6010 New ZealandSearch for more papers by this authorYuxin Xia, Yuxin Xia Biomolecular and Organic Electronics, IFM, Linköping University, Linköping, 58183 SwedenSearch for more papers by this authorGuangwu Li, Guangwu Li Beijing Key Laboratory of Energy Conversion and Storage Materials, College of Chemistry, Beijing Normal University, Beijing, 100875 ChinaSearch for more papers by this authorShyamal K. K. Prasad, Shyamal K. K. Prasad MacDiarmid Institute for Advanced Materials and Nanotechnology and School of Chemical and Physical Sciences, Victoria University of Wellington, Wellington, 6010 New ZealandSearch for more papers by this authorJingshuai Zhu, Jingshuai Zhu Department of Chemistry, Capital Normal University, Beijing, 100048 ChinaSearch for more papers by this authorLijun Huo, Lijun Huo Heeger Beijing Research and Development Center, School of Chemistry and Environment, Beihang University, Beijing, 100191 ChinaSearch for more papers by this authorHaijun Bin, Haijun Bin Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100190 ChinaSearch for more papers by this authorZhi-Guo Zhang, Zhi-Guo Zhang Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100190 ChinaSearch for more papers by this authorXia Guo, Xia Guo Laboratory of Advanced Optoelectronic Materials, College of Chemistry, Chemical Engineering and Materials Science, Soochow University, Suzhou, 215123 ChinaSearch for more papers by this authorMaojie Zhang, Maojie Zhang Laboratory of Advanced Optoelectronic Materials, College of Chemistry, Chemical Engineering and Materials Science, Soochow University, Suzhou, 215123 ChinaSearch for more papers by this authorYanming Sun, Yanming Sun Heeger Beijing Research and Development Center, School of Chemistry and Environment, Beihang University, Beijing, 100191 ChinaSearch for more papers by this authorFeng Gao, Feng Gao Biomolecular and Organic Electronics, IFM, Linköping University, Linköping, 58183 SwedenSearch for more papers by this authorZhixiang Wei, Zhixiang Wei National Center for Nanoscience and Technology, Beijing, 100190 ChinaSearch for more papers by this authorWei Ma, Wei Ma State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials, Xi'an Jiaotong University, Xi'an, 710049 ChinaSearch for more papers by this authorChunru Wang, Chunru Wang Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100190 ChinaSearch for more papers by this authorJustin Hodgkiss, Justin Hodgkiss MacDiarmid Institute for Advanced Materials and Nanotechnology and School of Chemical and Physical Sciences, Victoria University of Wellington, Wellington, 6010 New ZealandSearch for more papers by this authorZhishan Bo, Zhishan Bo Beijing Key Laboratory of Energy Conversion and Storage Materials, College of Chemistry, Beijing Normal University, Beijing, 100875 ChinaSearch for more papers by this authorOlle Inganäs, Olle Inganäs Biomolecular and Organic Electronics, IFM, Linköping University, Linköping, 58183 SwedenSearch for more papers by this authorYongfang Li, Yongfang Li Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100190 China Laboratory of Advanced Optoelectronic Materials, College of Chemistry, Chemical Engineering and Materials Science, Soochow University, Suzhou, 215123 ChinaSearch for more papers by this authorXiaowei Zhan, Corresponding Author Xiaowei Zhan xwzhan@pku.edu.cn Department of Materials Science and Engineering, College of Engineering, Key Laboratory of Polymer Chemistry and Physics of Ministry of Education, Peking University, Beijing, 100871 ChinaE-mail: xwzhan@pku.edu.cnSearch for more papers by this author First published: 10 November 2016 https://doi.org/10.1002/adma.201604155Citations: 347Read the full textAboutPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Conditions of Use and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. Learn more.Copy URL Share a linkShare onFacebookTwitterLinkedInRedditWechat Graphical Abstract Five polymer donors with distinct chemical structures and different electronic properties are surveyed in a planar and narrow-bandgap fused-ring electron acceptor (IDIC)-based organic solar cells, which exhibit power conversion efficiencies of up to 11%. Citing Literature Supporting Information As a service to our authors and readers, this journal provides supporting information supplied by the authors. Such materials are peer reviewed and may be re-organized for online delivery, but are not copy-edited or typeset. Technical support issues arising from supporting information (other than missing files) should be addressed to the authors. Filename Description adma201604155-sup-0001-S1.pdf1.3 MB Supplementary Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article. Volume29, Issue3January 18, 20171604155 RelatedInformation

Abstract Fused‐ring electron acceptors (FREAs), as a family of non‐fullerene (NF) acceptors, have achieved tremendous success in pushing the power conversion efficiency of organic solar cells. Here, the detailed molecular packing motifs of two extensively studied FREAs—ITIC and ITIC‐Th are reported. It is revealed for the first time the long‐range structure ordering along the backbone direction originated from favored end group π–π stacking. The backbone ordering could be significantly enhanced in the ternary film by the mutual mixing of ITIC and ITIC‐Th, which gives rise to an improved in‐plane electron mobility and better ternary device performance. The backbone ordering might be a common morphological feature of FREAs, providing explanations to previously observed small open circuit voltage loss and superior performance of FREA‐based devices and guiding the future molecular design of high‐performance NF acceptors.

Modest exciton diffusion lengths dictate the need for nanostructured bulk heterojunctions in organic photovoltaic (OPV) cells; however, this morphology compromises charge collection. Here, we reveal rapid exciton diffusion in films of a fused-ring electron acceptor that, when blended with a donor, already outperforms fullerene-based OPV cells. Temperature-dependent ultrafast exciton annihilation measurements are used to resolve a quasi-activationless exciton diffusion coefficient of at least 2 × 10–2 cm2/s, substantially exceeding typical organic semiconductors and consistent with the 20–50 nm domain sizes in optimized blends. Enhanced three-dimensional diffusion is shown to arise from molecular and packing factors; the rigid planar molecular structure is associated with low reorganization energy, good transition dipole moment alignment, high chromophore density, and low disorder, all enhancing long-range resonant energy transfer. Relieving exciton diffusion constraints has important implications for OPVs; large, ordered, and pure domains enhance charge separation and transport, and suppress recombination, thereby boosting fill factors. Further enhancements to diffusion lengths may even obviate the need for the bulk heterojunction morphology.

Abstract Naphtho[1,2‐ b :5,6‐ b′ ]dithiophene is extended to a fused octacyclic building block, which is end capped by strong electron‐withdrawing 2‐(5,6‐difluoro‐3‐oxo‐2,3‐dihydro‐1H‐inden‐1‐ylidene)malononitrile to yield a fused‐ring electron acceptor (IOIC2) for organic solar cells (OSCs). Relative to naphthalene‐based IHIC2, naphthodithiophene‐based IOIC2 with a larger π‐conjugation and a stronger electron‐donating core shows a higher lowest unoccupied molecular orbital energy level (IOIC2: −3.78 eV vs IHIC2: −3.86 eV), broader absorption with a smaller optical bandgap (IOIC2: 1.55 eV vs IHIC2: 1.66 eV), and a higher electron mobility (IOIC2: 1.0 × 10 −3 cm 2 V −1 s −1 vs IHIC2: 5.0 × 10 −4 cm 2 V −1 s −1 ). Thus, IOIC2‐based OSCs show higher values in open‐circuit voltage, short‐circuit current density, fill factor, and thereby much higher power conversion efficiency (PCE) values than those of the IHIC2‐based counterpart. In particular, as‐cast OSCs based on FTAZ: IOIC2 yield PCEs of up to 11.2%, higher than that of the control devices based on FTAZ: IHIC2 (7.45%). Furthermore, by using 0.2% 1,8‐diiodooctane as the processing additive, a PCE of 12.3% is achieved from the FTAZ:IOIC2 ‐ based devices, higher than that of the FTAZ:IHIC2 ‐ based devices (7.31%). These results indicate that incorporating extended conjugation into the electron‐donating fused‐ring units in nonfullerene acceptors is a promising strategy for designing high‐performance electron acceptors.

Solar energy is widely used in photovoltaic power generation as a kind of clean energy. However, the liquid film, frosting, and icing on the photovoltaic module seriously limit the efficiency of photovoltaic power generation. We developed a composite coating (Y6-NanoSH) by combining an in situ photothermal and transparent Y6 organic film with a nanosuperhydrophobic material. The Y6-NanoSH coated glass exhibited excellent optical clarity both indoors and outdoors, indicating that the coating holds great promise in anti-icing applications for photovoltaic panels. The Y6-NanoSH coating absorbs very little visible light but instead absorbs in the near-infrared region, thereby emitting heat. When exposed to sunlight, the Y6-NanoSH coated photovoltaic panel raises its surface temperature, inhibiting the growth and accumulation of ice and frost on its surface. This is achieved through a combination of photothermal emission and superhydrophobic repellency, which promotes the evaporation and rolling away of water droplets. This validates our success in developing a photothermal, transparent, and superhydrophobic coating with excellent anti-icing capabilities, suitable for use on photovoltaic panels, as well as potential applications in car windscreens, transmission lines, curtain walls, and weather radomes.