Los niveles de energía del triplete de polímeros no necesitan limitar la recolección de fotocorriente en las células...

Área de la Ciencia:

• La electrónica orgánica es la electrónica orgánica.
• La energía fotovoltaica es fotovoltaica.
• Ciencia de los materiales ciencia de los materiales.

Sus antecedentes:

• Las células solares orgánicas (OSC) se basan en una generación de carga eficiente y una recombinación mínima.
• Los estados excitados triplet en los materiales donantes / aceptantes pueden influir en la dinámica de recombinación de carga.
• La comprensión de las vías de recombinación es crucial para mejorar el rendimiento de la OSC, en particular la tensión de circuito abierto (VOC).

Objetivo del estudio:

• Para investigar la recombinación de carga a través de estados excitados triplet en células solares orgánicas de polímero / fullereno.
• Para determinar la influencia de la alineación del nivel de energía entre los estados triplet de polímeros, los estados de transferencia de carga (CT) y los estados triplet de fullereno en la eficiencia del dispositivo.
• Identificar nuevos mecanismos de pérdida de recombinación a altas concentraciones de COV en dispositivos de células solares orgánicas a medida.

Principales métodos:

• Fabricación y caracterización de células solares orgánicas utilizando un copolímero donante modelo (PIDT-PhanQ) y el éster metílico del ácido fenil-C71-butírico (PC71-BM).
• Medición de la eficiencia de conversión de potencia (PCE) y la eficiencia cuántica interna (IQE).
• Técnicas espectroscópicas que incluyen absorción fotoinducida y espectroscopia de fotoluminiscencia para sondear estados excitados y vías de recombinación.

Principales resultados:

• Se lograron altos IQE (≈90%) y PCE (6.0%) a pesar de que el estado del triplete de polímero era 300 meV por debajo del estado de CT.
• Se observó un nuevo proceso de pérdida de recombinación cerca de V ((OC) = 1,0 V en dispositivos con potenciales de reducción de fullereno a medida.
• Esta nueva vía implica la variedad de tripletes de fullereno y se activa cuando la energía de estado CT se acerca a la energía de tripletes de fullereno, incluso si la recombinación de tripletes de polímero es termodinámicamente favorable.

Conclusiones:

• La recombinación de cargas a través de excitones triplet en células solares orgánicas puede ser controlada cinéticamente, no sólo limitada termodinámicamente.
• La recombinación a través de la colección de tripletes de fullereno presenta un mecanismo de pérdida significativo a altas V (((OC)).
• La optimización de la separación de cargas y la supresión cinética de la recombinación son estrategias clave para desarrollar células solares orgánicas de próxima generación con alto VOC y JSC.