Au cours des deux dernières années, les cellules solaires organiques (OSC) basées sur des accepteurs non-fullerène (NF) ont démontré des progrès considérables dans l'efficacité de conversion de puissance (PCE). La majorité des OSC de pointe dans le laboratoire est basée sur l'architecture dite d'hétérojonction en vrac (BHJ) consistant en une couche photoactive en mélange d'un donneur et d'un accepteur d'électrons. La présence de nombreuses jonctions p-n microscopiques dans les BHJ permet des surfaces suffisantes où la séparation de charge se produit, de sorte que le photocourant et le PCE sont augmentés. Les caractéristiques du dispositif dans les BHJ-OSC sont affectées de manière critique par la nanostructure ou la morphologie des films BHJ, présentant des réseaux interpénétrants et continus avec des tailles de domaine idéalement comparables à la longueur de diffusion des excitons.

Par rapport aux BHJ, le dépôt de film séquentiel pour former des hétérojonctions planaires (PHJ) est attrayant car la morphologie des composants donneurs et accepteurs peut être contrôlée de manière plus indépendante. La grande séparation de phase verticale naturellement présente dans les PHJ facilite l'extraction des porteurs photogénérés vers les deux électrodes. La zone limitée des interfaces donneur/accepteur (D/A) a considérablement entravé les rendements photovoltaïques dans les PHJ-OSC. Avec des solvants de traitement orthogonal rigoureux ou un dépôt thermique (de la deuxième couche) des films donneur et accepteur, les dispositifs résultants sous-performent souvent ceux avec des structures BHJ, en raison d'une mauvaise dissociation des excitons. Pour cette raison, les interdiffusions d'accepteurs dans la phase donneuse ont été appliquées avec l'ingénierie des solvants pour augmenter la surface interfaciale D/A, entraînant une augmentation du courant de court-circuit (Jsc) dans les PHJ-OSC.

Très récemment, à base du donneur polymère PBDBT-2F et de l'accepteur NF Y6, les chercheurs ont proposé une stratégie pour améliorer les performances photovoltaïques et la stabilité thermique des PHJ-OSC déposées séquentiellement en dispersant les composants donneurs dans la phase accepteur-dominante. Par cette méthode, ils atteignent un PCE record de 15,4% dans les cellules solaires PHJ à base de PBDBT-2F/Y6, atteignant l'une des valeurs les plus élevées rapportées sur les PHJ-OSC avec coulée séquentielle de film. De plus, le bilan de transport de charge dans les dispositifs PHJ est favorablement amélioré avec l'incorporation de donneurs dans la phase Y6-dominante. Ces modifications suppriment la recombinaison bimoléculaire et accélèrent le balayage de charge. D'un point de vue morphologique, le jalonnement intermoléculaire -π favorable dans Y6 est à peine affecté à des concentrations diluées de dispersions de donneurs, lequel, d'autre part, modifie le processus photophysique dans les cellules solaires PHJ. D'importance, avec la dispersion des donneurs décrite, les films PHJ présentent une robustesse morphologique améliorée en association avec des effets négatifs plus faibles sur le balayage de charge dans les cellules solaires dans des conditions thermiques. Par conséquent, une meilleure stabilité thermique dans les dispositifs PHJ avec des dispersions de donneurs a été obtenue, par rapport à celui des cellules solaires BHJ.