Organic Solar Cells with 20.12% Efficiency Enabled by Monosubstituted Carbazole-Based Self-Assembled Monolayers
Artikel i vetenskaplig tidskrift, 2025
Carbazole-derived self-assembled monolayer (SAM) materials as hole transport layers are widely used in organic photovoltaics, yet the role of subtle substituent effects on interfacial structure and device performance remains underexplored. Here, we systematically investigate monosubstituted carbazole SAMs (1X-2PACz, X = F, Cl, Br, I, CF3) on indium tin oxide (ITO) and their device performance. Fluorine substitution achieves the highest surface coverage but poor interfacial order, while bulky 1CF3-2PACz introduces interfacial disorder. In contrast, Cl-, Br-, and I-substituted SAMs exhibit favorable packing and work-function alignment, enabling efficiencies of up to 19.03% in PM6:L8-BO and 20.12% in D18:L8-BO based solar cells. Crucially, cross-sectional scanning transmission electron microscopy provides the first direct visualization of the nonideal SAM morphologies on ITO, revealing molecular aggregates in ITO valleys, mono- or multilayers on flat regions, and incomplete surface coverage. These findings establish how substituents and processing critically govern interfacial packing and photovoltaic efficiency, guiding SAM-based interfacial design.
Författare
Qiaonan Chen
Chalmers, Kemi och kemiteknik, Tillämpad kemi
Jingnan Wu
Chalmers, Kemi och kemiteknik, Tillämpad kemi
Maureen Gumbo
Kemi och biokemi doktorander och postdocs
Leandro Rezende Franco
Tillämpad kemi 8.2
Karlstads universitet
Kangbo Sun
Shenzhen Technology University
Lunjie Zeng
Chalmers, Fysik, Nano- och biofysik
X. J. Liu
Linköpings universitet
Yufei Wang
Shenzhen Technology University
Donghong Yu
Aalborg Universitet
Zhengzhou University
Sino-Danish Center for Education and Research Denmark
Lars Öhrström
Chalmers, Kemi och kemiteknik
Mailde S. Ozório
Köpenhamns universitet
Alexandre Holmes
Tillämpad kemi 8.2
C. Moyses Araujo
Uppsala universitet
Karlstads universitet
Eva Olsson
Chalmers, Fysik, Nano- och biofysik
M. Fahlman
Linköpings universitet
Renqiang Yang
Jianghan University
Ergang Wang
Zhengzhou University
Chalmers, Kemi och kemiteknik
ACS Energy Letters
23808195 (eISSN)
Vol. 10 5584-5595Mot hållbar biobaserad cirkularitet i digitaliserad byggnad: pilotskala 3D-utskrift återanvänd biomassa i cement
Formas (2024-01110), 2024-12-01 -- 2026-11-30.
ARTEMI - en Nationell Forskningsinfrastruktur för Elektronmikroskopi
Stiftelsen för Strategisk forskning (SSF) (RIF21-0026), 2022-09-01 -- 2027-12-31.
Vetenskapsrådet (VR) (2021-00171), 2022-01-01 -- 2026-12-31.
Konjugerade polymerer med länkade allkylsidkedjor för stabila polymersolceller
Vetenskapsrådet (VR) (2019-04683), 2020-01-01 -- 2023-12-31.
Ämneskategorier (SSIF 2025)
Materialkemi
Den kondenserade materiens fysik
Fysikalisk kemi
DOI
10.1021/acsenergylett.5c02585