Self‐Assembled Molecules with Asymmetric Backbone for Highly Stable Binary Organic Solar Cells with 19.7 % Efficiency

佩多:嘘 有机太阳能电池 轨道能级差 分子 材料科学 工作职能 苯乙烯 能量转换效率 偶极子 活动层 纳米技术 光电子学 化学工程 化学 图层(电子) 有机化学 聚合物 复合材料 工程类 薄膜晶体管 共聚物
作者
Xueliang Yu,Pengfei Ding,Daobin Yang,Pengyu Yan,Hongqiang Wang,Shuncheng Yang,Jie Wu,Zhongqiang Wang,He Sun,Zhenyu Chen,Lin Xie,Ziyi Ge
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (18): e202401518-e202401518 被引量:80
标识
DOI:10.1002/anie.202401518
摘要

Abstract The hole‐transporting material (HTM), poly (3,4‐ethylene dioxythiophene) poly(styrene sulfonate) (PEDOT : PSS), is the most widely used material in the realization of high‐efficiency organic solar cells (OSCs). However, the stability of PEDOT : PSS‐based OSCs is quite poor, arising from its strong acidity and hygroscopicity. In addition, PEDOT : PSS has an absorption in the infrared region and high highest occupied molecular orbital (HOMO) energy level, thus limiting the enhancement of short‐circuit current density ( J sc ) and open‐circuit voltage ( V oc ), respectively. Herein, two asymmetric self‐assembled molecules (SAMs), namely BrCz and BrBACz, were designed and synthesized as HTM in binary OSCs based on the well‐known system of PM6 : Y6, PM6 : eC9, PM6 : L8‐BO, and D18 : eC9. Compared with BrCz, BrBACz shows larger dipole moment, deeper work function and lower surface energy. Moreover, BrBACz not only enhances photon harvesting in the active layer, but also minimizes voltage losses as well as improves interface charge extraction/ transport. Consequently, the PM6 : eC9‐based binary OSC using BrBACz as HTM exhibits a champion efficiency of 19.70 % with a remarkable J sc of 29.20 mA cm −2 and a V oc of 0.856 V, which is a record efficiency for binary OSCs so far. In addition, the unencapsulated device maintains 95.0 % of its original efficiency after 1,000 hours of storage at air ambient, indicating excellent long‐term stability.
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