The field of organic solar cells has seen rapid developments after the report of a high-efficiency (15.7%) small molecule acceptor (SMA) named Y6. In this paper, we design and synthesize a family of SMAs with an aromatic backbone identical to that of Y6 but with different alkyl chains to investigate the influence of alkyl chains on the properties and performance of the SMAs. First, we show that it is beneficial to use branched alkyl chains on the nitrogen atoms of the pyrrole motif of the Y6. In addition, the branching position of the alkyl chains also has a major influence on material and device properties. The SMA with 3rd-position branched alkyl chains (named N3) exhibits optimal solubility and electronic and morphological properties, thus yielding the best performance. Further device optimization using a ternary strategy allows us to achieve a high efficiency of 16.74% (and a certified efficiency of 16.42%).

Non-fullerene organic solar cells with power conversion efficiencies of up to 6.3% are reported using properly matched donor and acceptor.

A tetraphenylethylene core-based small molecular acceptor with a unique 3D molecular structure is developed. Bulk-heterojunction blend films with a small feature size (≈20 nm) are obtained, which lead to non-fullerene organic solar cells (OSCs) with 5.5% power conversion efficiency. The work provides a new molecular design approach to efficient non-fullerene OSCs based on 3D-structured small-molecule acceptors.

Abstract To achieve efficient organic solar cells, the design of suitable donor–acceptor couples is crucially important. State-of-the-art donor polymers used in fullerene cells may not perform well when they are combined with non-fullerene acceptors, thus new donor polymers need to be developed. Here we report non-fullerene organic solar cells with efficiencies up to 10.9%, enabled by a novel donor polymer that exhibits strong temperature-dependent aggregation but with intentionally reduced polymer crystallinity due to the introduction of a less symmetric monomer unit. Our comparative study shows that an analogue polymer with a C2 symmetric monomer unit yields highly crystalline polymer films but less efficient non-fullerene cells. Based on a monomer with a mirror symmetry, our best donor polymer exhibits reduced crystallinity, yet such a polymer matches better with small molecular acceptors. This study provides important insights to the design of donor polymers for non-fullerene organic solar cells.

A 7.3% efficiency non–fullerene polymer solar cell is realized by combining a large-bandgap polymer PffT2-FTAZ-2DT with a small-bandgap acceptor IEIC. The complementary absorption of donor polymer and small-molecule acceptor is responsible for the high-performance of the solar-cell device. This work provides important guidance to improve the performance of non-fullerene polymer solar cells. As a service to our authors and readers, this journal provides supporting information supplied by the authors. Such materials are peer reviewed and may be re-organized for online delivery, but are not copy-edited or typeset. Technical support issues arising from supporting information (other than missing files) should be addressed to the authors. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.

Here we demonstrate efficient all-polymer solar cells (all-PSCs) based on a polymer acceptor named PFBDT-IDTIC. By combining PFBDT-IDTIC with a fluorinated donor polymer (PM6), a high power conversion efficiency of 10.3% can be achieved, which is the highest value reported to date for single-junction all-PSCs. This performance can be attributed to its good absorption property (absorption coefficient: 2.74 × 105 cm–1) and high electron mobility of PFBDT-IDTIC. It is also found that the choice of donor polymer has major impacts on the performance of the cell. By replacing PBDB-T with its fluorinated counterpart, PM6, the VOC, JSC, and FF of the devices were all improved, which can be attributed to the deeper HOMO level of PM6 and more crystalline and pure domains of the active layer blends. Our study provides a promising polymer acceptor for all-PSCs and also shows that selecting a matching donor polymer is important in achieving the optimal all-PSC performance.

Abstract Indoor photovoltaics (IPVs) are garnering increasing attention from both the academic and industrial communities due to the pressing demand of the ecosystem of Internet‐of‐Things. All‐polymer solar cells (all‐PSCs), emerging as a sub‐type of organic photovoltaics, with the merits of great film‐forming properties, remarkable morphological and light stability, hold great promise to simultaneously achieve high efficiency and long‐term operation in IPV's application. However, the dearth of polymer acceptors with medium‐bandgap has impeded the rapid development of indoor all‐PSCs. Herein, a highly efficient medium‐bandgap polymer acceptor (PYFO‐V) is reported through the synergistic effects of side chain engineering and linkage modulation and applied for indoor all‐PSCs operation. As a result, the PM6:PYFO‐V‐based indoor all‐PSC yields the highest efficiency of 27.1% under LED light condition, marking the highest value for reported binary indoor all‐PSCs to date. More importantly, the blade‐coated devices using non‐halogenated solvent ( o ‐xylene) maintain an efficiency of over 23%, demonstrating the potential for industry‐scale fabrication. This work not only highlights the importance of fine‐tuning intramolecular charge transfer effect and intrachain coplanarity in developing high‐performance medium‐bandgap polymer acceptors but also provides a highly efficient strategy for indoor all‐PSC application.