Dinámica del portador de carga de las células solares orgánicas de pequeñas moléculas/fullerenos depositadas en vapor

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• La energía fotovoltaica es fotovoltaica.
• Electrónica orgánica y electrónica orgánica.

Sus antecedentes:

• Las células solares orgánicas de pequeñas moléculas (SMOSC, por sus siglas en inglés) ofrecen un prometedor potencial de energía solar.
• Existe una investigación limitada sobre la fotofísica que rige el rendimiento de SMOSC.
• Comprender la dinámica de carga es crucial para optimizar la eficiencia del dispositivo.

Objetivo del estudio:

• Investigar las escalas de tiempo y la eficiencia de la separación y recombinación de cargas en un material SMOSC específico.
• Para correlacionar los procesos fotofísicos con la eficiencia de conversión de potencia del material.
• Para identificar los factores que limitan el rendimiento del dispositivo.

Principales métodos:

• Fabricación de películas delgadas depositadas por vapor de DTDCTB (donante) y C60/C70 (aceptores).
• Espectroscopia de absorción transitoria para sondear la dinámica de carga ultrarrápida.
• Fotoluminiscencia de resolución temporal (trPL) para determinar la vida útil del portador de carga y la eficiencia de la separación.

Principales resultados:

• La separación de la carga ocurre rápidamente, en aproximadamente 100 femtosegundos (fs).
• La recombinación de carga ocurre en escalas de tiempo de sub-nanosegundo (sub-ns) y nanosegundo (ns).
• La vida útil del par de electrones-agujeros donantes en películas limpias es de alrededor de 33 picosegundos (ps).
• ~20% de los donantes no logran la separación de cargas en películas mixtas debido a factores morfológicos.

Conclusiones:

• El estudio aclara las dinámicas críticas de separación y recombinación de cargas en un SMOSC de alta eficiencia.
• Las características morfológicas, específicamente las regiones ricas en donantes, dificultan la separación eficiente de cargas.
• La optimización de la morfología presenta una estrategia viable para mejorar aún más la eficiencia de conversión de energía SMOSC.