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Concurrent improvement in JSC and VOC in high-efficiency ternary organic solar cells enabled by a red-absorbing small-molecule acceptor with a high LUMO level
Energy & Environmental Science ( IF 32.4 ) Pub Date : 2020-05-21 , DOI: 10.1039/d0ee00662a Tao Liu 1, 2, 3, 4, 5 , Ruijie Ma 6, 7, 8, 9, 10 , Zhenghui Luo 6, 7, 8, 9, 10 , Yuan Guo 11, 12, 13, 14, 15 , Guangye Zhang 16, 17, 18, 19, 20 , Yiqun Xiao 10, 21, 22, 23 , Tao Yang 24, 25, 26, 27, 28 , Yuzhong Chen 6, 7, 8, 9, 10 , Gang Li 1, 2, 3, 4, 5 , Yuanping Yi 11, 12, 13, 14, 15 , Xinhui Lu 10, 21, 22, 23 , He Yan 6, 7, 8, 9, 10 , Bo Tang 1, 2, 3, 4, 5
Energy & Environmental Science ( IF 32.4 ) Pub Date : 2020-05-21 , DOI: 10.1039/d0ee00662a Tao Liu 1, 2, 3, 4, 5 , Ruijie Ma 6, 7, 8, 9, 10 , Zhenghui Luo 6, 7, 8, 9, 10 , Yuan Guo 11, 12, 13, 14, 15 , Guangye Zhang 16, 17, 18, 19, 20 , Yiqun Xiao 10, 21, 22, 23 , Tao Yang 24, 25, 26, 27, 28 , Yuzhong Chen 6, 7, 8, 9, 10 , Gang Li 1, 2, 3, 4, 5 , Yuanping Yi 11, 12, 13, 14, 15 , Xinhui Lu 10, 21, 22, 23 , He Yan 6, 7, 8, 9, 10 , Bo Tang 1, 2, 3, 4, 5
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Ternary organic solar cells (OSCs) have demonstrated great potential in promoting the power conversion efficiency (PCE) of single-junction OSCs. Generally, the introduction of a third component with redshifted absorption spectra can broaden the absorption spectra and thereby potentially enhances short-circuit current density (JSC), but reduces open circuit voltage (VOC). Herein, a small-molecule acceptor (SMA) named N7IT with a high LUMO energy level and a redshifted absorption spectrum, is employed as the third component in the PM6:IT-4F-based binary host. Unlike previous results, the introduction of N71T enhances both the VOC and the JSC relative to the PM6:IT-4F host binary system. The champion ternary device (PM6 : IT-4F : N7IT = 1 : 0.7 : 0.3) demonstrates an outstanding PCE of 15.02%, significantly higher than its binary counterparts. This strategy is further validated in PM6:Y6 blends, where the addition of SY3 featuring near-infrared absorption and high LUMO effectively boosts the PCE from 16.49% to 17.07%. Our result proves the effectiveness of an appropriate third component and demonstrates the potential of red-absorbing, high-LUMO SMAs in further promoting the efficiency of single-junction binary OSCs.
中文翻译：
高效的三元有机太阳能电池中的JSC和VOC同时得到改善，这是通过具有高LUMO含量的吸收红光的小分子受体实现的
三元有机太阳能电池（OSC）在提高单结OSC的功率转换效率（PCE）方面显示出巨大潜力。通常，引入具有红移吸收光谱的第三成分可以加宽吸收光谱，从而潜在地提高短路电流密度（J SC），但降低开路电压（V OC）。在本文中，具有高LUMO能级和红移吸收光谱的名为N7IT的小分子受体（SMA）被用作基于PM6：IT-4F的二进制宿主中的第三种成分。与以前的结果不同，N71T的引入增强了V OC和J SC相对于PM6：IT-4F主机二进制系统。冠军三元设备（PM6：IT-4F：N7IT = 1：0.7：0.3）表现出15.02％的出色PCE，远高于其二元设备。该策略在PM6：Y6共混物中得到了进一步验证，其中添加了具有近红外吸收和高LUMO的SY3，有效地将PCE从16.49％提高到17.07％。我们的结果证明了合适的第三种成分的有效性，并证明了吸收红光的高LUMO SMA在进一步提高单结二元OSC效率方面的潜力。
更新日期：2020-07-15
中文翻译：
高效的三元有机太阳能电池中的JSC和VOC同时得到改善，这是通过具有高LUMO含量的吸收红光的小分子受体实现的
三元有机太阳能电池（OSC）在提高单结OSC的功率转换效率（PCE）方面显示出巨大潜力。通常，引入具有红移吸收光谱的第三成分可以加宽吸收光谱，从而潜在地提高短路电流密度（J SC），但降低开路电压（V OC）。在本文中，具有高LUMO能级和红移吸收光谱的名为N7IT的小分子受体（SMA）被用作基于PM6：IT-4F的二进制宿主中的第三种成分。与以前的结果不同，N71T的引入增强了V OC和J SC相对于PM6：IT-4F主机二进制系统。冠军三元设备（PM6：IT-4F：N7IT = 1：0.7：0.3）表现出15.02％的出色PCE，远高于其二元设备。该策略在PM6：Y6共混物中得到了进一步验证，其中添加了具有近红外吸收和高LUMO的SY3，有效地将PCE从16.49％提高到17.07％。我们的结果证明了合适的第三种成分的有效性，并证明了吸收红光的高LUMO SMA在进一步提高单结二元OSC效率方面的潜力。
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