Suppressing Kinetic Aggregation of Non‐Fullerene Acceptor via Versatile Alloy States Enables High‐Efficiency and Stable Ternary Polymer Solar Cells

材料科学 富勒烯 三元运算 接受者 分子内力 化学物理 有机太阳能电池 分子 聚合物 纳米技术 有机化学 复合材料 化学 物理 计算机科学 程序设计语言 凝聚态物理
作者
Kang‐Ning Zhang,Jiajia Guo,Liujiang Zhang,Chaochao Qin,Hang Yin,Xingyu Gao,Hao Xin
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (20) 被引量:40
标识
DOI:10.1002/adfm.202100316
摘要

Abstract Despite considerable advances devoted to improving the operational stability of organic solar cells (OSCs), the metastable morphology degradation remains a challenging obstacle for their practical application. Herein, the stabilizing function of the alloy states in the photoactive layer from the perspective of controlling the aggregation characteristics of non‐fullerene acceptors (NFAs), is revealed. The alloy‐like model is adopted separately into host donor and acceptor materials of the state‐of‐the‐art binary PM6:BTP‐4Cl blend with the self‐stable polymer acceptor PDI‐2T and small molecule donor DRCN5T as the third components, delivering the simultaneously enhanced photovoltaic efficiency and storage stability. In such ternary systems, two separate arguments can rationalize their operating principles: (1) the acceptor alloys strengthen the conformational rigidity of BTP‐4Cl molecules to restrain the intramolecular vibrations for rapid relaxation of high‐energy excited states to stabilize BTP‐4Cl acceptor. (2) The donor alloys optimize the fibril network microstructure of PM6 polymer to restrict the kinetic diffusion and aggregation of BTP‐4Cl molecules. According to the superior morphological stability, non‐radiative defect trapping coefficients can be drastically reduced without forming the long‐lived, trapped charge species in ternary blends. The results highlight the novel protective mechanisms of engineering the alloy‐like composites for reinforcing the long‐term stability of NFA‐based ternary OSCs.
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