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Decoupling Complex Multi‐Length‐Scale Morphology in Non‐Fullerene Photovoltaics with Nitrogen K‐Edge Resonant Soft X‐ray Scattering

材料科学 有机太阳能电池 化学物理 结晶 接受者 有机半导体 软物质 散射 纳米技术 富勒烯 光电子学 化学工程 聚合物 复合材料 光学 凝聚态物理 有机化学 化学 物理 胶体 工程类
作者
Wenkai Zhong,Ming Zhang,Guillaume Freychet,Gregory M. Su,Lei Ying,Fei Huang,Yong Cao,Yongming Zhang,Cheng Wang,Feng Liu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (6) 被引量:31
标识
DOI:10.1002/adma.202107316
摘要

Complex morphology in organic photovoltaics (OPVs) and other functional soft materials commonly dictates performance. Such complexity in OPVs originates from the mesoscale kinetically trapped non-equilibrium state, which governs device charge generation and transport. Resonant soft X-ray scattering (RSoXS) has been revolutionary in the exploration of OPV morphology in the past decade due to its chemical and orientation sensitivity. However, for non-fullerene OPVs, RSoXS analysis near the carbon K-edge is challenging, due to the chemical similarity of the materials used in active layers. An innovative approach is provided by nitrogen K-edge RSoXS (NK-RSoXS), utilizing the spatial and orientational contrasts from the cyano groups in the acceptor materials, which allows for determination of phase separation. NK-RSoXS clearly visualizes the combined feature sizes in PM6:Y6 blends from crystallization and liquid-liquid demixing, while PM6:Y6:Y6-BO ternary blends with reduced phase-separation size and enhanced material crystallization can lead to current amplification in devices. Nitrogen is common in organic semiconductors and other soft materials, and the strong and directional N 1s → π* resonances make NK-RSoXS a powerful tool to uncover the mesoscale complexity and open opportunities to understand heterogeneous systems.
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