Delocalization suppresses nonradiative charge recombination in polymer solar cells

结晶度 离域电子 带隙 接受者 能量转换效率 光化学 超快激光光谱学 化学 化学物理 材料科学 分子物理学 原子物理学 光电子学 光谱学 物理 凝聚态物理 结晶学 量子力学 有机化学
作者
Shin‐ichiro Natsuda,Toshiharu Saito,Rei Shirouchi,Kenta Imakita,Yasunari Tamai
出处
期刊:Polymer Journal [Springer Nature]
卷期号:54 (11): 1345-1353 被引量:11
标识
DOI:10.1038/s41428-022-00685-1
摘要

Suppressing nonradiative deactivation of charge transfer (CT) states is pivotal to realizing further improvements in the power conversion efficiencies of polymer solar cells (PSCs). According to the energy gap law, the nonradiative decay rate constant knr scales exponentially with decreasing CT state energy ECT; thereby, as long as knr is governed by the energy gap law, a decrease in ECT will inevitably increase nonradiative deactivation of CT states and hence decrease the power conversion efficiency. Here, we report the nonradiative decay dynamics of CT states generated in various nonfullerene-acceptor-based PSCs by using transient absorption spectroscopy. The absence of a strong correlation between knr and ECT indicates that the energy gap law is not valid for these PSCs and that parameters other than ECT contribute significantly to knr. We found that knr decreased with an increase in materials' crystallinities, indicating that increasing crystallinity leads to CT state delocalization, which in turn mitigates the nonradiative deactivation of CT states. We report the nonradiative decay dynamics of charge transfer (CT) states generated in nonfullerene-acceptor-based polymer solar cells. The nonradiative decay rate constants knr decreased with an increase in the efficiency for dissociation of CT states into free carriers, indicating that nonradiative decay of CT states can be mitigated by increasing the delocalization of the CT state wave function.
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