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U‐Shaped Dimeric Acceptors for Balancing Efficiency and Stability in Organic Solar Cells

Pengfei Ding et al.Nov 27, 2024
Abstract Despite significant improvements in power conversion efficiencies (PCEs) of organic solar cells (OSCs), achieving excellent stability remains a great challenge to their commercial feasibility. Here, U ‐shaped dimeric acceptors (5‐IDT and 6‐IDT) with different molecular lengths are introduced into the binary OSCs as a third component, respectively. The introduction of the third component effectively reduces the energetic disorder and non‐radiative voltage losses and improves the exciton dissociation and charge transport of the devices. Consequently, the PCEs of the 6‐IDT‐ and 5‐IDT‐treated OSCs are significantly improved to 19.32% and 19.96%, respectively, which is the highest PCE for oligomeric acceptors‐based ternary OSCs to date. Meanwhile, the thermal stability of the treated devices is dramatically improved, with the initial efficiency retention of the 6‐IDT‐ and 5‐IDT‐treated devices increasing from 18% to 32% and 75%, respectively, after 1000 h of thermal stress. This is mainly attributed to the ability of the smaller molecular length of 5‐IDT to stabilize the phase‐separated morphology of the polymeric donor and small molecular acceptor, rather than the high glass transition temperature and low diffusion coefficient.
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Promoting Exciton Dissociation and Hot Hole Extraction via Hole Transport Layer Engineering Enable Highly Efficient Perovskite Solar Cells With 25.51% Efficiency

Wen Long et al.Jan 10, 2025
Abstract Effective exciton dissociation and hot hole extraction in the perovskite layer is of significance for achieving high‐performance perovskite solar cells (PSCs), however, the impact of the hole transport layer (HTL) on the two issues is often ignored. Herein, for the first time, an organic semiconductor (WL) is introduced into the well‐known Spiro‐OMeTAD to afford two different HTLs (Spiro‐OMeTAD, Spiro‐OMeTAD+WL), which allows this to experimentally explore the dynamics process. We found that WL incorporation can significantly enhance hole transport ability and the built‐in electric field of Spiro‐OMeTAD+WL‐based HTL, which helps to promote the exciton dissociation of the perovskite layer. At the same time, transient absorption spectroscopy studies unambiguously demonstrate that the Spiro‐OMeTAD+WL‐based HTL exhibits almost two times higher extraction efficiency of hot holes than that of the control Spiro‐OMeTAD. Thus, the enhanced exciton dissociation and hot hole extraction can result in the reduced charge accumulation at the perovskite/HTL interface and suppressed charge‐carrier recombination in the device. Consequently, the WL‐based device shows significantly enhanced power conversion efficiency from 22.35% to 25.51%. The findings of this work can provide some valuable insights for improving PSCs efficiency in the near future.