High-Efficiency Nonfullerene Organic Solar Cells Enabled by 1000 nm Thick Active Layers with a Low Trap-State Density

材料科学 有机太阳能电池 接受者 光电子学 能量转换效率 光伏系统 载流子 聚合物太阳能电池 电子迁移率 制作 聚合物 复合材料 电气工程 物理 工程类 病理 医学 替代医学 凝聚态物理
作者
Lijiao Ma,Shaoqing Zhang,Huifeng Yao,Ye Xu,Wei Wang,Yunfei Zu,Jianhui Hou
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (16): 18777-18784 被引量:79
标识
DOI:10.1021/acsami.0c05172
摘要

The high-efficiency organic solar cells (OSCs) with thicker active layers are potential candidates for the fabrication of large-area solar panels. The low charge carrier mobility of the photoactive materials has been identified as the major problem hindering the photovoltaic performance of the thick-film OSCs. In this study, high performance of ultra-thick-film OSCs employing a nonfullerene acceptor BTP-4Cl and a polymer donor PBDB-TF is demonstrated. Two blends (PBDB-TF:BTP-4Cl and PBDB-TF:IT-4F) show comparable mobilities and excellent photovoltaic characteristics in thin-film devices, while in the 1000 nm thick devices, although they both exhibit desirable and balanced mobilities, the PBDB-TF:BTP-4Cl-based blend possesses lower trap-state density than the IT-4F-based counterpart, leading to lower trap-assist recombination, longer carrier lifetime, and thus a much higher short-circuit current density in the device. As a result, the BTP-4Cl-based 1000 nm thick OSC achieves a remarkable power conversion efficiency of 12.1%, which greatly outperforms the IT-4F-based devices (4.72%). Furthermore, for a 1000 nm thick device with an active area of 4 cm2, a promising efficiency of 10.1% was obtained, showing its great potential in future large-scale production.
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