Enhancing the Performance of Organic Solar Cells by Prolonging the Lifetime of Photogenerated Excitons

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作者
Qingxin Guo,Yahui Liu,Ming Liu,Hao Zhang,Xiquan Qian,Jinjin Yang,Jing Wang,Wenyue Xue,Qian Zhao,Xinjun Xu,Wei Ma,Zheng Tang,Yunliang Li,Zhishan Bo
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:32 (50) 被引量:67
标识
DOI:10.1002/adma.202003164
摘要

Abstract Exciton lifetime (τ) is crucial for the migration of excitons to donor/acceptor interfaces for subsequent charge separation in organic solar cells (OSCs); however, obvious prolongation of τ has rarely been achieved. Here, by introducing a solid additive 9‐fluorenone‐1‐carboxylic acid (FCA) into the active layer, which comprises a nonfullerene acceptor, 3,9‐bis(2‐methylene‐((3‐(1,1‐dicyanomethylene)‐6/7‐methyl)‐indanone))‐5,5,11,11‐tetrakis(4‐hexylphenyl)‐dithieno[2,3‐d:2′,3′‐d′]‐s‐indaceno[1,2‐b:5,6‐b′]dithiophene (IT‐M), τ is substantially prolonged from 491 to 928 ps, together with obvious increases in fluorescence intensity and quantum yield. Time‐resolved transient infrared spectra indicate the presence of an intermolecular vibrational coupling between the electronic excited state of IT‐M and the electronic ground state of FCA, which is first observed here and which can suppress the internal conversion process. IT‐M‐based OSCs display an improved short‐circuit current and fill factor after the addition of FCA. Thus, the power conversion efficiency is increased, particularly for devices with a large donor/acceptor ratio of 1:4, whose efficiency is increased by 56%. This study describes a novel method, which is also applicable to other nonfullerene acceptors, for further improving the performance of OSCs without affecting their morphology and light absorption properties.
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