在有机光伏中增强电荷分离:揭示激发非富勒伦受体层的二极极矩变化
Akira Yamakata1, Kosaku Kato1, Takumi Urakami2
1Graduate School of Natural Science and Technology, Okayama University 3-1-1, Tsushima-naka, Kita-ku Okayama 700-8530 Japan yamakata@okayama-u.ac.jp.
研究人员发现,电荷转移和解离发生在整洁的非富勒烯受体膜中,而不仅仅发生在供体/受体接口上. 在有机光伏 (OPV) 中的这一发现为最大限度地减少电压损失和提高效率提供了新的途径.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 有机电子 有机电子
- 太阳能光伏发电是如何实现的
背景情况:
- 有机光伏 (OPV) 由于非富勒受体 (NFAs) 实现了超过19%的功率转换效率 (PCE).
- 在OPV的一个主要限制是显著的开放电路电压损失,阻碍其与基光伏的竞争力.
- 目前用于减轻OPV中电压损失的策略有限.
研究的目的:
- 在高效的NFAs中研究电荷转移 (CT) 和电荷解离 (CD) 的基本过程.
- 探索CT和CD的新途径,绕过对供体/接受体异质连接的需求.
- 了解分子堆叠在使NFA层内的这些过程中发挥的作用.
主要方法:
- 五秒钟时间分辨率可见到中红外光谱检测超快动态.
- 理论计算以阐明分子堆叠对电子性能的影响.
- 在整洁的ITIC电影中分析电荷转移和电荷解离动态.
主要成果:
- 与之前的假设相反,在整洁的ITIC电影中观察到电荷转移和电荷分离.
- 分子间CT发生在<0.1ps,形成弱结合刺激子 (0.3 eV结合能).
- 这些刺激子分离成具有56ps时间常数的自由电荷载体,由V型分子堆叠促进.
结论:
- 在ITIC中V型分子堆叠会诱导自发的分子间CT和CD,这是以前未知的机制.
- 这条由激发状态中双极矩变化增加所驱动的路径,为捐赠器/接受器接口提供了替代方案.
- 理性分子设计的NFAs可以增强激发状态二极极矩的变化,为OPV铺平了道路,减少了电压损失和提高了商业可行性.
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