Quasi‐Homojunction Organic Nonfullerene Photovoltaics Featuring Fundamentals Distinct from Bulk Heterojunctions

同质结 材料科学 聚合物太阳能电池 有机太阳能电池 光电子学 双极扩散 接受者 激子 异质结 能量转换效率 聚合物 电子 物理 凝聚态物理 量子力学 复合材料
作者
Yifan Wang,Michael B. Price,Raja Sekhar Bobba,Heng Lu,Jingwei Xue,Yilin Wang,Mengyang Li,Aleksandra Ilina,Paul Hume,Boyu Jia,Tengfei Li,Yuchen Zhang,Nathaniel J. L. K. Davis,Zheng Tang,Wei Ma,Qiquan Qiao,Justin M. Hodgkiss,Xiaowei Zhan
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (50): e2206717-e2206717 被引量:60
标识
DOI:10.1002/adma.202206717
摘要

In contrast to classical bulk heterojunction (BHJ) in organic solar cells (OSCs), the quasi-homojunction (QHJ) with extremely low donor content (≤10 wt.%) is unusual and generally yields much lower device efficiency. Here, representative polymer donors and nonfullerene acceptors are selected to fabricate QHJ OSCs, and a complete picture for the operation mechanisms of high-efficiency QHJ devices is illustrated. PTB7-Th:Y6 QHJ devices at donor:acceptor (D:A) ratios of 1:8 or 1:20 can achieve 95% or 64% of the efficiency obtained from its BHJ counterpart at the optimal D:A ratio of 1:1.2, respectively, whereas QHJ devices with other donors or acceptors suffer from rapid roll-off of efficiency when the donors are diluted. Through device physics and photophysics analyses, it is observed that a large portion of free charges can be intrinsically generated in the neat Y6 domains rather than at the D/A interface. Y6 also serves as an ambipolar transport channel, so that hole transport as also mainly through Y6 phase. The key role of PTB7-Th is primarily to reduce charge recombination, likely assisted by enhancing quadrupolar fields within Y6 itself, rather than the previously thought principal roles of light absorption, exciton splitting, and hole transport.
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