Abstract Non-fullerene organic solar cells (OSCs) have attracted tremendous interest because of their potential to replace traditional expensive fullerene-based OSCs. To further increase the power conversion efficiency (PCE), it is necessary to offset the narrow absorption of the non-fullerene materials, which is often achieved by adding an additive (>10 wt%) to form a ternary blend. However, a high ratio of the third component can often be detrimental to the active layer morphology and can increase the complexity in understanding the device physics toward rationally designed improvements. In this work, we introduce 2,4-bis-[(N,N-diisobutylamino)-2,6-dihydroxyphenyl]-4-(4-diphenyliminio) squaraine (ASSQ) in the poly [(2,6-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl) benzo [1,2-b:4,5-b′] dithiophene)-co-(1,3-di(5-thiophene-2-yl)-5,7-bis(2-ethylhexyl) benzo [1,2-c:4,5-c′] dithiophene-4,8-dione)] (PBDB-T): 3,9-bis(2-methylene-(3-(1,1-dicyanomethylene)-indanone))-5,5,11,11-tetrakis(4-hexylphenyl)-dithieno [2,3-d:2′,3′-d′]-s-indaceno [1,2-b:5,6-b′] dithiophene (ITIC) as an active layer “crystallizing-agent”. Through detailed morphology characterization, we find that the addition of 4 wt% ASSQ assists ITIC organization order and promotes PDBD-T:ITIC aggregation in the preferential face-on orientation. In addition, we demonstrate that the ASSQ and PBDB-T show efficient exciton dissociation in the ternary blend over Forster resonance energy transfer (FRET). We reveal using surface potential and solubility measurements that a ASSQ-ITIC co-crystalline structure forms which facilitates a significant improvement in the device PCE, from 8.98% to 10.86%.

中文翻译：

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通过引入小分子作为结晶剂增强高效聚合物非富勒烯有机太阳能电池

摘要 非富勒烯有机太阳能电池 (OSCs) 因其替代传统昂贵的基于富勒烯的 OSCs 的潜力而引起了极大的兴趣。为了进一步提高功率转换效率 (PCE)，有必要抵消非富勒烯材料的窄吸收，这通常通过添加添加剂 (>10 wt%) 形成三元混合物来实现。然而，第三组分的高比例通常会对有源层形态有害，并且会增加理解器件物理的复杂性，以实现合理设计的改进。在这项工作中，我们在聚 [(2,6-(4 ,8-双(5-(2-乙基己基)噻吩-2-基)苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩)-co-(1,3-di(5-thiophene-2) -yl)-5, 7-双(2-乙基己基)苯并 [1,2-c:4,5-c'] dithiophene-4,8-​​dione)] (PBDB-T): 3,9-bis(2-methylene-(3 -(1,1-二氰基亚甲基)-茚满酮))-5,5,11,11-四(4-己基苯基)-二噻吩[2,3-d:2',3'-d']-s-indaceno [ 1,2-b:5,6-b'] 二噻吩 (ITIC) 作为活性层“结晶剂”。通过详细的形态表征，我们发现添加 4 wt% ASSQ 有助于 ITIC 组织有序并促进 PDBD-T:ITIC 在优先面对方向的聚集。此外，我们证明 ASSQ 和 PBDB-T 在三元混合物中通过福斯特共振能量转移 (FRET) 显示出有效的激子解离。我们使用表面电位和溶解度测量揭示了 ASSQ-ITIC 共晶结构的形成，这有助于显着改善器件 PCE，从 8.98% 到 10.86%。5-c'] 二噻吩-4,8-​​二酮)] (PBDB-T): 3,9-双(2-亚甲基-(3-(1,1-二氰基亚甲基)-茚满酮))-5,5,11 ,11-四(4-己基苯基)-二噻吩 [2,3-d:2',3'-d']-s-indaceno [1,2-b:5,6-b'] 二噻吩 (ITIC) 作为活性层“结晶剂”。通过详细的形态表征，我们发现添加 4 wt% ASSQ 有助于 ITIC 组织有序并促进 PDBD-T:ITIC 在优先面对方向的聚集。此外，我们证明 ASSQ 和 PBDB-T 在三元混合物中通过福斯特共振能量转移 (FRET) 显示出有效的激子解离。我们使用表面电位和溶解度测量揭示了 ASSQ-ITIC 共晶结构的形成，这有助于显着改善器件 PCE，从 8.98% 到 10.86%。5-c'] 二噻吩-4,8-​​二酮)] (PBDB-T): 3,9-双(2-亚甲基-(3-(1,1-二氰基亚甲基)-茚满酮))-5,5,11 ,11-四(4-己基苯基)-二噻吩 [2,3-d:2',3'-d']-s-indaceno [1,2-b:5,6-b'] 二噻吩 (ITIC) 作为活性层“结晶剂”。通过详细的形态表征，我们发现添加 4 wt% ASSQ 有助于 ITIC 组织有序并促进 PDBD-T:ITIC 在优先面对方向的聚集。此外，我们证明 ASSQ 和 PBDB-T 在三元混合物中通过福斯特共振能量转移 (FRET) 显示出有效的激子解离。我们使用表面电位和溶解度测量揭示了 ASSQ-ITIC 共晶结构的形成，这有助于显着改善器件 PCE，从 8.98% 到 10.86%。1-二氰基亚甲基)-茚满酮))-5,5,11,11-四(4-己基苯基)-二噻吩[2,3-d:2',3'-d']-s-茚并[1,2- b:5,6-b'] 二噻吩 (ITIC) 作为活性层“结晶剂”。通过详细的形态表征，我们发现添加 4 wt% ASSQ 有助于 ITIC 组织有序并促进 PDBD-T:ITIC 在优先面对方向的聚集。此外，我们证明 ASSQ 和 PBDB-T 在三元混合物中通过福斯特共振能量转移 (FRET) 显示出有效的激子解离。我们使用表面电位和溶解度测量揭示了 ASSQ-ITIC 共晶结构的形成，这有助于显着改善器件 PCE，从 8.98% 到 10.86%。1-二氰基亚甲基)-茚满酮))-5,5,11,11-四(4-己基苯基)-二噻吩[2,3-d:2',3'-d']-s-茚并[1,2- b:5,6-b'] 二噻吩 (ITIC) 作为活性层“结晶剂”。通过详细的形态表征，我们发现添加 4 wt% ASSQ 有助于 ITIC 组织有序并促进 PDBD-T:ITIC 在优先面对方向的聚集。此外，我们证明 ASSQ 和 PBDB-T 在三元混合物中通过福斯特共振能量转移 (FRET) 显示出有效的激子解离。我们使用表面电位和溶解度测量揭示了 ASSQ-ITIC 共晶结构的形成，这有助于显着改善器件 PCE，从 8.98% 到 10.86%。6-b'] 二噻吩 (ITIC) 作为活性层“结晶剂”。通过详细的形态表征，我们发现添加 4 wt% ASSQ 有助于 ITIC 组织有序并促进 PDBD-T:ITIC 在优先面对方向的聚集。此外，我们证明 ASSQ 和 PBDB-T 在三元混合物中通过福斯特共振能量转移 (FRET) 显示出有效的激子解离。我们使用表面电位和溶解度测量揭示了 ASSQ-ITIC 共晶结构的形成，这有助于显着改善器件 PCE，从 8.98% 到 10.86%。6-b'] 二噻吩 (ITIC) 作为活性层“结晶剂”。通过详细的形态表征，我们发现添加 4 wt% ASSQ 有助于 ITIC 组织有序并促进 PDBD-T:ITIC 在优先面对方向的聚集。此外，我们证明 ASSQ 和 PBDB-T 在三元混合物中通过福斯特共振能量转移 (FRET) 显示出有效的激子解离。我们使用表面电位和溶解度测量揭示了 ASSQ-ITIC 共晶结构的形成，这有助于显着改善器件 PCE，从 8.98% 到 10.86%。我们证明了 ASSQ 和 PBDB-T 在三元混合物中通过 Forster 共振能量转移 (FRET) 显示出有效的激子解离。我们使用表面电位和溶解度测量揭示了 ASSQ-ITIC 共晶结构的形成，这有助于显着改善器件 PCE，从 8.98% 到 10.86%。我们证明了 ASSQ 和 PBDB-T 在三元混合物中通过 Forster 共振能量转移 (FRET) 显示出有效的激子解离。我们使用表面电位和溶解度测量揭示了 ASSQ-ITIC 共晶结构的形成，这有助于显着改善器件 PCE，从 8.98% 到 10.86%。