Minimizing the Trade‐off Between Voltage and Current in Organic Solar Cells via an Anthracene‐Based Non‐Fullerene Equalizer

材料科学 有机太阳能电池 光活性层 光电子学 电致发光 光伏系统 电压 活动层 接受者 激子 分子 离解(化学) 混合太阳能电池 聚合物太阳能电池 电流密度 有机半导体 结晶度 吸收(声学) 电荷(物理) 电子 有机发光二极管 纳米技术 工作(物理) 电子受体 太阳能 电压降 载流子 太阳辐照度 小分子 光伏 量子效率
作者
Lijun Hu,Haoran Hu,Dingqin Hu,Huanyan Jiang,Menglong He,Xianyong Zhou,Chang Liu,Xingzhu Wang,Duu‐Jong Lee,Hanjian Lai
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.78415
摘要

ABSTRACT Organic solar cells are among the most advanced thin‐film photovoltaic technologies due to their lightweight, thin, and flexible characteristics. However, an inherent trade‐off between open‐circuit voltage ( V OC ) and short‐circuit current density ( J SC ) exists, fundamentally stemming from the balance between charge generation and recombination. To address this challenge, we developed a two‐dimensional extension molecule based on the A‐D‐A′‐D‐A non‐fullerene acceptor (NFA) framework by replacing the central core with anthracene and introducing halogen‐free end groups, yielding a novel molecule named QxAt. This molecule combines high crystallinity with a complementary absorption spectrum to commonly used NFAs. When incorporated as a voltage‐current balancer into the PM6:BTP‐eC9 system, the active layer morphology was largely preserved, while molecular packing was modestly optimized, contributing to more efficient exciton dissociation and charge collection, improved hole and electron mobilities, and effective suppression of charge recombination, ultimately enabling a moderate improvement in J SC . More importantly, QxAt significantly increased the electroluminescence quantum efficiency, effectively suppressing non‐radiative recombination and reducing energy loss, which in turn elevated V OC . Consequently, the PCE was markedly improved from 18.9% to 20.1%, achieving a synergistic optimization of both V OC and J SC . This work provides a molecular design strategy to mitigate the voltage‐current trade‐off for high‐efficiency organic photovoltaics.
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