Polarized Heterojunction in a Doubly Doped Layer‐by‐Layer Structure to Obtain an Organic Photovoltaic Device of 20.5% Efficiency

材料科学 掺杂剂 兴奋剂 光电子学 异质结 光伏系统 有机太阳能电池 接受者 能量转换效率 聚合物太阳能电池 纳米技术 轨道能级差 带隙 有机发光二极管 极化(电化学) 活动层
作者
Qun Yin,Xingyu Gao,Jinyang Yu,Lixuan Kan,Jingxuan Sun,Rui Zeng,Fei Han,Haiming Zhu,Supeng Pei,Lei Zhu,Shengjie Xu,Yongming Zhang,Feng Liu,Ming Zhang,Qun Yin,Xingyu Gao,Jinyang Yu,Lixuan Kan,Jingxuan Sun,Rui Zeng
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:: e21265-e21265
标识
DOI:10.1002/anie.202521265
摘要

Abstract Achieving efficient double doping in organic photovoltaic (OPV) devices is hindered by parasitic interactions between p‐ and n‐type dopants, which lead to radical accumulation, deep‐level traps, and reduced device performance. Herein, we report a solvent‐mediated infiltration doping strategy to overcome these challenges based on D18/L8‐BO layer‐by‐layer (LBL) system. By incorporating F4TCNQ as the p‐type dopant in the donor layer and DMBI as the n‐type dopant in the acceptor layer, with controlled infiltration via a chlorobenzene:ethanol (CB:EtOH) binary solvent mixture, we constructed a polarized heterojunction that mitigates dopant crosstalk. This approach reduces trap depths (activation energy E a = 0.2 eV vs. 0.84 eV for direct doping) and narrows lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) density of states while enhancing built‐in potential and hole transfer rate ( τ 1 = 0.40 ps). Consequently, the optimized devices achieved a power conversion efficiency (PCE) of 20.5%, with a fill factor (FF) of 82.3%, surpassing control (19.5%) and direct doping (19.1%) configurations. These findings highlight the efficacy of spatially controlled doping for advancing high‐efficiency, scalable OPVs toward sustainable energy applications.
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