Suppressing electron-phonon coupling and energy loss in organic solar cells by modulating donor-acceptor penetrated-interface

接受者 材料科学 联轴节(管道) 人口 有机太阳能电池 分子内力 光电子学 无定形固体 瓶颈 分子 聚合物太阳能电池 太阳能 小分子 聚合物 电荷(物理) 电压 工作(物理) 混合太阳能电池 光伏系统 化学物理 渗透(战争) 极化(电化学) 有机半导体 纳米技术
作者
Yongmin Luo,Yulong Hai,Yao Li,Ruijie Ma,Lunbi Wu,Kezhou Fan,Yi Chan,Top Archie Dela Peña,Fangliang Dong,Ming Wang,Yeng Ming Lam,He Yan,Kam Sing Wong,Tao Jia,Gang Li,Jiaying Wu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1) 被引量:6
标识
DOI:10.1038/s41467-026-68731-7
摘要

Organic solar cells (OSCs) achieve 21% efficiency, yet non-radiative energy loss (qΔVnr) remains a critical barrier to further improve the open-circuit voltage (VOC). This loss is primarily governed by the optoelectronic properties of interfacial CT states, yet the precise role of electron-phonon coupling (EPC) is not fully resolved. Through analysis of three all-polymer OSCs and four small molecule acceptor (SMA)-based OSCs, we identify two donor-acceptor (D-A) interfacial mixed phases that foster two distinct CT states, establishing efficient charge generation. These two phases emerge from amorphous D-A entanglement, termed as Entangled (E-) interface, and the penetration of acceptor quasi-aggregates into donor polymer matrix, termed as Penetrated (P-) interfaces. The P-interface exhibits inherently weaker EPC than that of E-interface since the suppressed intramolecular interaction. As the results, the P-interfaces, governing all-polymer OSCs, achieve a significant reduction of ~60 meV in qΔVnr compared to E-interface dominated SMA-based OSCs. The incorporation of PA into SMA system as guest component modulates the population of P-interface reducing the EPC and then enhancing VOC. Overall, our work suggests that modulating the population of P-interfaces to suppress EPC is a viable strategy for reducing non-radiative voltage loss and overcoming the efficiency bottleneck of organic solar cells. The electron-phonon coupling in organic semiconductors is key to improving performance for devices. Here, the authors show that modulating the penetrated donor-acceptor interface with low electron-phonon coupling, reduces non-radiative voltage loss for high-performance organic solar cell devices.
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