Site‐Specific Carbazole‐Bridged Isomeric Guests Enable Organic Solar Cells with 21.10% Efficiency and Reduced Non‐Radiative Recombination

材料科学 量子产额 接受者 重组 量子效率 光致发光 咔唑 能量转换效率 有机太阳能电池 光电子学 激子 离解(化学) 光化学 化学物理 活动层 聚合物太阳能电池 系统间交叉 太阳能电池效率 电子受体 电效率 开路电压 相(物质) 电压 瓶颈 太阳能电池 工作(物理) 产量(工程) 纳米技术 光伏系统 能量转换
作者
Guangkuo Dai,Le Mei,J N Song,Haisheng Ma,Jiawei Deng,Cen Zhang,Yidan An,L D Liu,Lingyi Ke,Rongqing Zhao,Ziwei Zhang,Zhen Fu,Busheng Zhang,Yi Chan,Xiaoming Li,Jiaying Wu,Zi Wang,Jun Yan,Xiaotao Hao,Xiaobo Sun
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:: e73788-e73788
标识
DOI:10.1002/adma.73788
摘要

ABSTRACT Non‐radiative recombination losses in non‐fullerene acceptors (NFAs) represent a critical bottleneck limiting the open‐circuit voltage ( V oc ) and power conversion efficiency (PCE) of organic solar cells (OSCs). Herein, we report a molecular design strategy that harnesses luminescent‐carbazole linkage site isomerism to suppress non‐radiative recombination. Two carbazole‐functionalized NFAs, QxCz‑C and QxCz‑N, were designed and synthesized. Theoretical calculations reveal that QxCz‑C adopts a coplanar conformation, whereas the carbazole unit in QxCz‑N is oriented nearly perpendicular to the main chain. Upon incorporating QxCz‑C as a minor guest into the host material BTP‑eC9, a favorable mixed phase is formed, accompanied by efficient energy transfer from the guest to the host. The photoluminescence quantum yield of the blend acceptor is significantly enhanced, effectively suppressing electron‑phonon coupling, thereby reducing non‑radiative recombination loss and improving V oc . Simultaneously, guest incorporation optimizes molecular packing order and active layer morphology, facilitating exciton dissociation and charge transport. Consequently, the PM6:BTP‑eC9:QxCz‑C device achieves a PCE of 20.53%. The generality of this strategy is further validated in the D18:L8‑BO system, delivering an excellent PCE of 21.10%. This work establishes a quantitative “connectivity topology–molecular conformation–non‐radiative loss” structure–property relationship and provides a generalizable approach to overcoming the voltage bottleneck in OSCs.
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