Celdas solares orgánicas binarias eficientes y estables al 64% mediante la difusión de capas intermedias ingenierizadas termodinámicamente y generación de excitones

Resumen A pesar de que la termodinámica juega un papel central en la optimización de la capa activa, los mecanismos dependientes de la temperatura no resueltos obstaculizan mejoras adicionales en la eficiencia de las celdas solares orgánicas. En este trabajo, se utiliza la imagen térmica en tiempo real para desentrañar la dinámica de ensamblaje controlada por temperatura durante el procesamiento secuencial (SqP) de películas de capa activa sobre un sustrato caliente (HS). El proceso HS proporciona una temperatura más alta y un tiempo de calefacción prolongado para la capa activa durante el SqP en comparación con la técnica de solución caliente ampliamente adoptada, lo que permite una reorganización y nucleación aceleradas en la capa inferior. La diferencia de energía interfacial inducida por HS promueve la interpenetración de capas y logra un contenido adecuado de donador en la región inferior de la capa activa, mientras que aumenta la generación de excitones. La estructura fibrosa altamente cristalina mejora la movilidad de huecos y suprime la recombinación no radiativa (0.214 eV), dando como resultado un alto factor de llenado (81.00%) y voltaje en circuito abierto (0.868 V). El dispositivo D18 HS/eC9 de 100 nm de espesor logra una eficiencia del 19.75% (frente al 18.89% para el control) y mantiene el 90% de su eficiencia inicial después de 270 horas bajo iluminación de aproximadamente 1 sol (frente al 84% para el control). Con 2PACZ como capa de transporte de huecos, se demuestra más del 20% de eficiencia en tres sistemas: 20.02% (D18/eC9‐4F), 20.25 (D18/eC9) y 20.64% (D18/L8‐BO, certificado 20.10%). Notablemente, los dispositivos binarios procesados por HS de 300 nm de espesor logran más del 18.12% de eficiencia, entre las más altas informadas.