Three‐in‐One Strategy Enables Single‐Component Organic Solar Cells with Record Efficiency and High Stability

材料科学 组分(热力学) 有机太阳能电池 理论(学习稳定性) 纳米技术 有机成分 化学工程 聚合物 复合材料 热力学 计算机科学 机器学习 物理 工程类
作者
Yujun Cheng,Bin Huang,Qilong Mao,Xuexiang Huang,Jiabin Liu,Chunxiang Zhou,Wen Zhou,Xinyuan Ren,Seoyoung Kim,Wonjun Kim,Zhe Sun,Feiyan Wu,Changduk Yang,Lie Chen
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (19): e2312938-e2312938 被引量:29
标识
DOI:10.1002/adma.202312938
摘要

Abstract Single‐component organic solar cells (SCOSCs) with covalently bonding donor and acceptor are becoming increasingly attractive because of their superior stability over traditional multicomponent blend organic solar cells (OSCs). Nevertheless, the efficiency of SCOSCs is far behind the state‐of‐the‐art multicomponent OSCs. Herein, by combination of the advantages of three‐component and single‐component devices, this work reports an innovative three‐in‐one strategy to boost the performance of SCOSCs. In this three‐in‐one strategy, three independent components (PM6, D18, and PYIT) are covalently linked together to create a new single‐component active layer based on ternary conjugated block copolymer (TCBC) PM6‐D18 ‐b‐ PYIT by a facile polymerization. Precisely manipulating the component ratios in the polymer chains of PM6‐D18 ‐b‐ PYIT is able to broaden light utilization, promote charge dynamics, optimize, and stabilize film morphology, contributing to the simultaneously enhanced efficiency and stability of the SCOSCs. Ultimately, the PM6‐D18 ‐b‐ PYIT‐based device exhibits a power conversion efficiency (PCE) of 14.89%, which is the highest efficiency of the reported SCOSCs. Thanks to the aggregation restriction of each component and chain entanglement in the three‐in‐one system, the PM6‐D18 ‐b‐ PYIT‐based SCOSC displays significantly higher stability than the corresponding two‐component (PM6‐D18:PYIT) and three‐component (PM6:D18:PYIT). These results demonstrate that the three‐in‐one strategy is facile and promising for developing SCOSCs with superior efficiency and stability.
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