Aceitores Isogêneos Assimétricos–Simétricos Permitem Células Solares Orgânicas Ternárias Eficientes com Camadas Ativas Finas e de 300 nm de Espessura Simultaneamente

Resumo Integrar a absorção de luz desejável, níveis de energia e morfologia em uma única matriz é sempre a aspiração para construir células solares orgânicas (CSOs) de alto desempenho. Neste trabalho, um acceptor assimétrico Y6‐1O é incorporado nas misturas binárias do acceptor Y7‐BO e do doador PM6 para preparar CSOs ternárias. Dois aceitores isogêneos assimétricos–simétricos com esqueletos químicos semelhantes tendem a formar um estado semelhante a uma liga nas misturas devido à sua boa compatibilidade, o que contribui para otimizar a morfologia para geração e extração de carga eficientes. A absorção complementar dos dois aceitores ajuda a melhorar a captação de fótons das misturas ternárias, e o nível de energia do orbital molecular não ocupado mais baixo (LUMO) de Y6‐1O oferece a oportunidade de elevar os níveis de energia LUMO mistos dos aceitores. Combinando os benefícios mencionados, as CSOs ternárias com 10% em peso de Y6‐1O produzem uma eficiência de conversão de energia (PCE) de 18,11% com densidade de corrente de curto-circuito, tensão de circuito aberto e fator de preenchimento elevados simultaneamente em comparação com dispositivos binários baseados em Y7‐BO. Além disso, as CSOs ternárias otimizadas com ≈300 nm de camadas ativas obtêm uma PCE campeã de 16,61%, que é o maior valor para dispositivos de filme espesso relatados até agora. Este trabalho apresenta um caminho para impulsionar ainda mais o desempenho das CSOs com dois aceitores isogêneos, mas com estruturas assimétricas diferentes.