異性的に純粋なベンゾチオフェン - 組み込まれたアクセプター：エンドグループ操作を介して非フルレレン有機太陽電池の改善されたVOCおよびJSCを達成する

ベンゼンベースの1,1-ジシアノメチレン-3-インダノン（IC）誘導体は、アクセプタードナー - アクセプター型の非フルレンアクセプター（A-D-AタイプNFA）を構築するためのエンドグループとして広く利用されています。非フルレン受容体（NFAS）のエンドグループ共役の拡張は、効率的な電子輸送の原因となるエンドグループの分子間積み重ねを促進する合理的な戦略です。α-BCとして示された2-（3-オキソ-2,3-ジヒドロ-1H-ベンゾ[B]シクロペンタ[d]チクロペンタ[d]チオフェン-1-イリデン）マロノニトリルを2-（3-オキソ-2,3-ジヒドロ-1H-ベンゾ[B]α-BCが設計および合成しました。マロノニトリルに相当する1つの等価物を伴う非対称の1,3-ジケトプレケーターのKnoevenagel凝縮は、チオフェンユニットのα位置で付着したKetoグループと選択的に反応し、異性的に純粋なベンゾチオフェン融合α-BCにつながります。結合を伴う明確に定義されたα-BCを、3つの異なるはしご型ディフォルミル化ドナーで凝縮して、それぞれBDCPDT-BC、DTCC-BC、およびITBCという3つの新しいA-D-A NFAを形成しました。対応するICベースのBDCPDT-IC、DTCC-IC、およびITICモデル化合物も比較のために合成されました。エンドグループに電子が豊富なベンゾチオフェン単位が組み込まれると、NFASの最も低い空き分子軌道エネルギーレベルがあり、VOC値を有益に拡大します。一方、α-BCのベンゾチオフェンユニットは、より良い光の収穫能力のために340-400 nm前後の短い波長の光学遷移も与えませんが、効率的な電子のためのエンドグループの逆平行π-πスタッキングも促進します。輸送。PBDB-TポリマーとBCベースのNFAを使用した有機太陽光発電セルデバイスはすべて、VOC値とJSC値の改善を示しました。BDCPDT-BCおよびDTCC-BCベースのデバイスは、それぞれ10.82および10.74％の電力変換効率（PCE）を示し、対応するBDCPDT-IC-およびDTCC-ICベースのデバイス（9.33および9.25％）を上回りました。。さらに重要なことに、ITBCベースのデバイスは、19.90 mA/cm2のJSCで12.07％の最高のPCE、0.94 VのVOC、64.51％の充填係数を提供し、従来のITICベースの改善を表しています。デバイス（10.05％）。

Benzene-based 1,1-dicyanomethylene-3-indanone (IC) derivatives have been widely utilized as the end-group to construct acceptor-donor-acceptor type nonfullerene acceptors (A-D-A type NFAs). The extension of the end-group conjugation of nonfullerene acceptors (NFAs) is a rational strategy to facilitate intermolecular stacking of the end-groups which are responsible for efficient electron transportation. A bicyclic benzothiophene-based end-group acceptor, 2-(3-oxo-2,3-dihydro-1H-benzo[b]cyclopenta[d]thiophen-1-ylidene)malononitrile, denoted as α-BC was designed and synthesized. The Knoevenagel condensation of the unsymmetrical 1,3-diketo-precursor with one equivalent of malononitrile selectively reacts with the keto group attached at the α-position of the thiophene unit, leading to the isomerically pure benzothiophene-fused α-BC. The well-defined α-BC with extended conjugation was condensed with three different ladder-type diformylated donors to form three new A-D-A NFAs named BDCPDT-BC, DTCC-BC, and ITBC, respectively. The corresponding IC-based BDCPDT-IC, DTCC-IC, and ITIC model compounds were also synthesized for comparison. The incorporation of the electron-rich benzothiophene unit in the end-group upshifts the lowest unoccupied molecular orbital energy levels of the NFAs, which beneficially enlarges the Voc values. On the other hand, the benzothiophene unit in α-BC not also imparts an optical transition in the shorter wavelengths around 340-400 nm for a better light harvesting ability but also promotes the antiparallel π-π stacking of the end-groups for efficient electron transport. The organic photovoltaic cell devices using a PBDB-T polymer and BC-based NFAs all showed the improved Voc and Jsc values. The BDCPDT-BC- and DTCC-BC-based devices exhibited a power conversion efficiency (PCE) of 10.82 and 10.74%, respectively, which outperformed the corresponding BDCPDT-IC-, and DTCC-IC-based devices (9.33 and 9.25%). More importantly, the ITBC-based device delivered the highest PCE of 12.07% with a Jsc of 19.90 mA/cm2, a Voc of 0.94 V, and an fill factor of 64.51%, representing a 14% improvement relative to the traditional ITIC-based device (10.05%).