ポリマートリプリットのエネルギーレベルは,有機太陽電池の光電流収集を制限する必要はありません

科学分野:

• オーガニック・エレクトロニクス
• フォトヴォルタイク (光伏) について
• マテリアルサイエンス 材料科学

背景:

• 有機太陽電池 (OSC) は,効率的な充電生成と最小限の再結合に依存しています.
• ドナー/アクセプター材料のトリプレット興奮状態は,電荷再結合ダイナミクスに影響を与える可能性があります.
• 再結合経路を理解することは,OSCの性能,特にオープン回路電圧 (V(OC)) の改善に不可欠です.

研究 の 目的:

• ポリマー/フルレンの有機太陽電池におけるトリプル興奮状態による電荷再結合を調査する.
• ポリマートリプレート状態,電荷伝送 (CT) 状態,フルレレントリプレート状態の間のエネルギーレベルアライナメントがデバイスの効率に及ぼす影響を決定する.
• オーガニック・ソーラー・セル・デバイスに合わせた高VOCでの新たな再結合損失メカニズムを特定する.

主な方法:

• モデルドナーコポリマー (PIDT-PhanQ) とフェニル-C(71) -バテリック酸メチルエステル (PC(71) BM) を用いた有機太陽電池の製造と特徴付け.
• パワー変換効率 (PCE) と内部量子効率 (IQE) の測定.
• 光誘導吸収と光発光スペクトロスコピーを含むスペクトロスコピーの技術で,興奮状態と再結合経路を調査します.

主要な成果:

• 高IQE (≈90%) とPCE (6.0%) は,ポリマートリプレート状態がCT状態より300 meV低いにもかかわらず達成されました.
• 適合したフルレンの還元ポテンシャルを持つ装置で,V ((OC) = 1.0 Vの近くに新しい再結合損失プロセスが観察されました.
• この新しい経路はフルレン三重複合体を含み,CT状態エネルギーがフルレン三重複合体エネルギーに近づくと活性化し,ポリマー三重複合体の再結合が熱力学的に有利である場合でも有効になります.

結論:

• 有機太陽電池のトリプルエクシトンによる電荷再結合は,熱力学的にのみ制限されるのではなく,運動的に制御することができます.
• フルレンのトリプレートマニフォルドを通じた再結合は,高V (V) で重大な損失メカニズムを示します.
• 充電分離の最適化と再結合の動的抑制は,高V (OC) とJ (SC) の次世代有機太陽電池の開発の鍵となる戦略です.