Synergistic Optimization for Exciton Delocalization and Morphology in Ternary Organic Solar Cells Enabled by a Low‐Nucleation‐Barrier Guest Acceptor

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作者
Houying Ma,Haotian Hu,Jinfeng Ge,Jintao Zhu,Lin Xie,Wei Song,Jing Li,Hainam Do,Ziyi Ge
出处
期刊:Small methods [Wiley]
卷期号:10 (3): e01707-e01707
标识
DOI:10.1002/smtd.202501707
摘要

Strengthening delocalized singlet exciton (DSE) is an effective strategy to improve open-circuit voltage (Voc) and short-circuit current density (Jsc) in organic solar cells (OSCs); however, practical methods to achieve this are still severely limited. In this work, the novel guest acceptor J-OC is introduced to modulate DSE formation as well as bulk heterojunction morphology within the PM6:BTP-eC9 host system. J-OC's low nucleation barrier enables it to act as a seed crystal, effectively accelerating nucleation and optimizing crystallization kinetics. This process significantly enhances crystallinity and crystal perfection, facilitating DSE formation and contributing to improved Voc. Furthermore, GIWAXS and morphology analyses reveal J-OC's multifunctional role in enhancing component miscibility, optimizing exciton distribution, and promoting a fiber-like morphology. Consequently, ternary devices based on PM6:BTP-eC9:J-OC achieved an outstanding power conversion efficiency (PCE) of 20.02%, with simultaneous increases in Voc, Jsc, and fill factor. This performance surpasses binary devices based on PM6:BTP-eC9 (PCE = 19.08%) and PM6:J-OC (PCE = 17.05%). This work demonstrates the synergistic effects of employing a low-nucleation-barrier guest acceptor in a ternary strategy to concurrently optimize DSE formation and morphology.
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