Regulating Crystallinity Mismatch Between Donor and Acceptor to Improve Exciton/Charge Transport in Efficient Organic Solar Cells

结晶度 有机太阳能电池 接受者 材料科学 化学物理 分子 载流子 纳米技术 光电子学 结晶学 化学 聚合物 有机化学 物理 凝聚态物理 复合材料
作者
Xunfan Liao,Mingtao Liu,Hongqiao Pei,Peipei Zhu,Xinxin Xia,Zeng Chen,Yihan Zhang,Zhongyuan Wu,Yongjie Cui,Guodong Xu,Mengyuan Gao,Long Ye,Ruijie Ma,Tao Liu,Xinhui Lu,Haiming Zhu,Yiwang Chen
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (11): e202318595-e202318595 被引量:50
标识
DOI:10.1002/anie.202318595
摘要

Achieving a more balanced charge transport by morphological control is crucial in reducing bimolecular and trap-assisted recombination and enhancing the critical parameters for efficient organic solar cells (OSCs). Hence, a facile strategy is proposed to reduce the crystallinity difference between donor and acceptor by incorporating a novel multifunctional liquid crystal small molecule (LCSM) BDTPF4-C6 into the binary blend. BDTPF4-C6 is the first LCSM based on a tetrafluorobenzene unit and features a low liquid crystal phase transition temperature and strong self-assembly ability, conducive to regulating the active layer morphology. When BDTPF4-C6 is introduced as a guest molecule into the PM6 : Y6 binary, it exhibits better compatibility with the donor PM6 and primarily resides within the PM6 phase because of the similarity-intermiscibility principle. Moreover, systematic studies revealed that BDTPF4-C6 could be used as a seeding agent for PM6 to enhance its crystallinity, thereby forming a more balanced and favourable charge transport with suppressed charge recombination. Intriguingly, dual Förster resonance energy transfer was observed between the guest molecule and the host donor and acceptor, resulting in an improved current density. This study demonstrates a facile approach to balance the charge mobilities and offers new insights into boosting the efficiency of single-junction OSCs beyond 20 %.
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