High Miscibility Compatible with Ordered Molecular Packing Enables an Excellent Efficiency of 16.2% in All‐Small‐Molecule Organic Solar Cells

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作者
Lili Zhang,Xiangwei Zhu,Dan Deng,Zhen Wang,Ziqi Zhang,Yi Li,Jianqi Zhang,Larry E. Kun,Lixuan Liu,Xuning Zhang,Huiqiong Zhou,Harald Ade,Zhixiang Wei
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (5): 2106316-2106316 被引量:40
标识
DOI:10.1002/adma.202106316
摘要

In all-small-molecule organic solar cells (ASM-OSCs), a high short-circuit current (Jsc ) usually needs a small phase separation, while a high fill factor (FF) is generally realized in a highly ordered packing system. However, small domain and ordered packing always conflicted each other in ASM-OSCs, leading to a mutually restricted Jsc and FF. In this study, alleviation of the previous dilemma by the strategy of obtaining simultaneous good miscibility and ordered packing through modulating homo- and heteromolecular interactions is proposed. By moving the alkyl-thiolation side chains from the para- to the meta-position in the small-molecule donor, the surface tension and molecular planarity are synchronously enhanced, resulting in compatible properties of good miscibility with acceptor BTP-eC9 and strong self-assembly ability. As a result, an optimized morphology with multi-length-scale domains and highly ordered packing is realized. The device exhibits a long carrier lifetime (39.8 μs) and fast charge collection (15.5 ns). A record efficiency of 16.2% with a high FF of 75.6% and a Jsc of 25.4 mA cm-2 in the ASM-OSCs is obtained. These results demonstrate that the strategy of simultaneously obtaining good miscibility with high crystallinity could be an efficient photovoltaic material design principle for high-performance ASM-OSCs.
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