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

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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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