Abstract The trade‐off between the open‐circuit voltage ( V oc ) and short‐circuit current density ( J sc ) has become the core of current organic photovoltaic research, and realizing the minimum energy offsets that can guarantee effective charge generation is strongly desired for high‐performance systems. Herein, a high‐performance ternary solar cell with a power conversion efficiency of over 18% using a large‐bandgap polymer donor, PM6, and a small‐bandgap alloy acceptor containing two structurally similar nonfullerene acceptors (Y6 and AQx‐3) is reported. This system can take full advantage of solar irradiation and forms a favorable morphology. By varying the ratio of the two acceptors, delicate regulation of the energy levels of the alloy acceptor is achieved, thereby affecting the charge dynamics in the devices. The optimal ternary device exhibits more efficient hole transfer and exciton separation than the PM6:AQx‐3‐based system and reduced energy loss compared with the PM6:Y6‐based system, contributing to better performance. Such a “two‐in‐one” alloy strategy, which synergizes two highly compatible acceptors, provides a promising path for boosting the photovoltaic performance of devices.

Abstract Manipulating charge generation in a broad spectral region has proved to be crucial for nonfullerene‐electron‐acceptor‐based organic solar cells (OSCs). 16.64% high efficiency binary OSCs are achieved through the use of a novel electron acceptor AQx‐2 with quinoxaline‐containing fused core and PBDB‐TF as donor. The significant increase in photovoltaic performance of AQx‐2 based devices is obtained merely by a subtle tailoring in molecular structure of its analogue AQx‐1. Combining the detailed morphology and transient absorption spectroscopy analyses, a good structure–morphology–property relationship is established. The stronger π–π interaction results in efficient electron hopping and balanced electron and hole mobilities attributed to good charge transport. Moreover, the reduced phase separation morphology of AQx‐2‐based bulk heterojunction blend boosts hole transfer and suppresses geminate recombination. Such success in molecule design and precise morphology optimization may lead to next‐generation high‐performance OSCs.

A thieno[3,4-b]thiophene-based electron acceptor, ATT-1, is designed and synthesized. ATT-1 exhibits a planar conjugated framework, broad absorption with a large absorption coefficient, and a slightly high LUMO energy level. Bulk-heterojunction (BHJ) solar cells based on PTB7-Th electron donor and ATT-1 electron acceptor delivered power conversion efficiencies of up to 10.07%, which is among the best performances reported for non-fullerene BHJ solar cells using PTB7-Th as the electron donor.

Inspired by the remarkable promotion of power conversion efficiency (PCE), commercial applications of organic photovoltaics (OPVs) can be foreseen in near future. One of the most promising applications is semitransparent (ST) solar cells that can be utilized in value-added applications such as energy-harvesting windows. However, the single-junction STOPVs utilizing fullerene acceptors show relatively low PCEs of 4%-6% due to the limited sunlight absorption because it is a dilemma that more photons need to be harvested in UV-vis-near-infrared (NIR) region to generate high photocurrent, which leads to the significant reduction of device transparency. This study describes the development of a new small-bandgap electron-acceptor material ATT-2, which shows a strong NIR absorption between 600 and 940 nm with an Egopt of 1.32 eV. By combining with PTB7-Th, the as-cast OPVs yield PCEs of up to 9.58% with a fill factor of 0.63, an open-circuit voltage of 0.73 V, and a very high short-circuit current of 20.75 mA cm-2 . Owing to the favorable complementary absorption of low-bangap PTB7-Th and small-bandgap ATT-2 in NIR region, the proof-of-concept STOPVs show the highest PCE of 7.7% so far reported for single-junction STOPVs with a high transparency of 37%.

The use of photovoltaic technologies has been regarded as a promising approach for converting solar energy to electricity and mitigating the energy crisis, and among these, organic photovoltaics (OPVs) have attracted broad interest because of their solution processability, flexibility, light weight, and potential for large-area processing. The development of OPV materials, especially electron acceptors, has been one of the focuses in recent years. Compared with fullerene derivates, n-type non-fullerene molecules have some unique merits, such as synthetic simplicity, high tunability of the absorption and energy levels, and small energy loss. In the last 5 years, organic solar cells based on n-type non-fullerene molecules have achieved a significant breakthrough in the power conversion efficiency from approximately 4% to over 17%, which is superior to those of fullerene-based solar cells; meanwhile, n-type non-fullerene molecules have created brand new opportunities for the application of OPVs in some special situations. This Perspective analyzes the key design strategies of high-performance n-type molecular photovoltaic materials and highlights instructive examples of their various applications, including in ternary and tandem solar cells, high-efficiency semitransparent solar cells for power-generating building facades and windows, and indoor photovoltaics for driving low-power-consumption devices. Moreover, to accelerate the pace toward commercialization of OPVs, the existing challenges and future directions are also reviewed from the perspectives of efficiency, stability, and large-area fabrication.

With an indenoindene core, a new thieno[3,4-b]thiophene-based small-molecule electron acceptor, 2,2'-((2Z,2'Z)-((6,6'-(5,5,10,10-tetrakis(2-ethylhexyl)-5,10-dihydroindeno[2,1-a]indene-2,7-diyl)bis(2-octylthieno[3,4-b]thiophene-6,4-diyl))bis(methanylylidene))bis(5,6-difluoro-3-oxo-2,3-dihydro-1H-indene-2,1-diylidene))dimalononitrile (NITI), is successfully designed and synthesized. Compared with 12-π-electron fluorene, a carbon-bridged biphenylene with an axial symmetry, indenoindene, a carbon-bridged E-stilbene with a centrosymmetry, shows elongated π-conjugation with 14 π-electrons and one more sp3 carbon bridge, which may increase the tunability of electronic structure and film morphology. Despite its twisted molecular framework, NITI shows a low optical bandgap of 1.49 eV in thin film and a high molar extinction coefficient of 1.90 × 105 m-1 cm-1 in solution. By matching NITI with a large-bandgap polymer donor, an extraordinary power conversion efficiency of 12.74% is achieved, which is among the best performance so far reported for fullerene-free organic photovoltaics and is inspiring for the design of new electron acceptors.

Temperature-dependent dual fluorescence and switchable circularly polarized luminescence (CPL) are two highly pursued but challenging properties for small organic molecules (SOMs). We herein disclose a triarylborane π-system based on a 2,2'-diamino-6,6'-diboryl-1,1'-binaphthyl scaffold that can serve as a versatile building block for achieving these two properties by simply choosing different amino groups. BNMe2 -BNaph with less bulky dimethylamino groups displays temperature-dependent dual fluorescence, and can thus be used as a highly sensitive ratiometric fluorescence thermometer. On the other hand, BNPh2 -BNaph with bulky diphenylamino groups exhibits intense fluorescence in both solution and in the solid state. A change of solvent from nonpolar cyclohexane to highly polar MeCN not only shifts the CPL position to much longer wavelength but also inverts the CPL sign. In addition, the complexation of BNPh2 -BNaph with fluoride greatly enhances the CPL intensity.

Abstract Fused‐ring electron acceptors (FREAs) have recently received intensive attention. Besides the continuing development of new FREAs, the demand for FREAs featuring good compatibility to donor materials is becoming more and more urgent, which is highly desirable for screening donor materials and achieving new breakthroughs. In this work, a new FREA is developed, ZITI , featuring an octacyclic dithienocyclopentaindenoindene central core. The core is designed by linking 2,7‐dithienyl substituents and indenoindene with small methylene groups, in which the indeno[1,2‐ b ]thiophene‐2‐(3‐oxo‐2,3‐dihydro‐1 H ‐inden‐1‐ylidene)malononitrile part provides a large and unoccupied π‐surface. Most notably, ZITI possesses an excellent compatibility with commercially available polymer donors, delivering very high power conversion efficiencies of over 13%.