Prolonged‐Nucleation Strategy via an Asymmetric Brominated Acceptor Enables > 20% Efficiency in Five Different Organic Solar Cells

成核 材料科学 接受者 三元运算 堆积 亚稳态 化学物理 有机太阳能电池 化学工程 动力学 能量转换效率 纳米技术 离子键合 聚合物太阳能电池 限制 自组装 分子 分子动力学
作者
Chuanlin Gao,Yufei Wang,Tian Han,Kangbo Sun,Chaoyue Zhao,Jiaxu Che,Shuwei Qiu,Wei Chen,Chengjian Huang,Zhibo Wang,Huawei Hu,Peigang Han,Shunpu Li,Zhenghui Luo,Guangye Zhang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (5): e17576-e17576 被引量:6
标识
DOI:10.1002/adma.202517576
摘要

Despite efficient charge transfer and molecular stacking in BTP-core acceptors, overly rapid nucleation often causes growth of unfavorable donor/acceptor (D/A) fibrillar networks and metastable morphologies, limiting device efficiency and stability. Herein, an asymmetric acceptor T10, featuring a brominated acenaphtho-quinoxaline central core, is developed as a nucleation-regulating ternary component. The extended 2D core promotes multi-site molecular stacking, prolonging nucleation time to 280 ms-twice that of classical eC9-4F. The strong non-covalent interactions between asymmetric T10 and PM6/eC9-4F suppress excessive D/A mixing while forming a tailored fibrillar network. Thus, the ternary device demonstrates an extended carrier lifetime (3.224 µs) and a reduced defect density (1.37 × 1015 cm-3), resulting in low energy disorder (21.82 meV). These effects enhance the open-circuit voltage (0.873 V) and fill factor (80.68%), leading to a high efficiency of 19.91%. Additionally, the ternary device provides a superior photostability (T90 = 1609 h) compared with the two binary systems (127 and 726 h). More importantly, the T10-mediated prolonged nucleation has been successfully validated in five BTP-based acceptors, achieving PCEs of 20.07% (D18:eC9:T10), 20.40% (D18:BO-4Cl:T10), 20.47% (D18:L8-BO-X:T10), 20.52% (D18:L8-BO:T10), and 20.67% (D18:eC9-4F:T10, certified 20.1%). This study demonstrates a molecularly engineered strategy with broad universality for extending nucleation kinetics in acceptor.
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