High fill factor organic solar cells with increased dielectric constant and molecular packing density

有机太阳能电池 材料科学 常量(计算机编程) 电介质 球形填料 光电子学 工程物理 复合材料 物理 聚合物 计算机科学 程序设计语言
作者
Xuning Zhang,Chao Li,Jianqiu Xu,Rui Wang,Jiali Song,Hong Zhang,Yanxun Li,Ya‐Nan Jing,Shilin Li,Guangbao Wu,Jin Zhou,Xing Li,Yingying Zhang,Xiong Li,Jianqi Zhang,Chunfeng Zhang,Huiqiong Zhou,Yanming Sun,Yuan Zhang
出处
期刊:Joule [Elsevier BV]
卷期号:6 (2): 444-457 被引量:165
标识
DOI:10.1016/j.joule.2022.01.006
摘要

Summary

The fill factor (FF) of organic solar cells (OSCs), a critically important photovoltaic parameter, is still sub-optimal, often less than 0.8. To further reduce the FF gaps with regard to the Shockley-Queisser upper limit, we present a study unveiling the impacts of dielectric properties on obtaining high FFs and photovoltaic efficiencies in OSCs. By increasing the dielectric constant (ε) of non-fullerene acceptors (NFAs) and bulk heterojunction (BHJ) films, afforded by the increase in molecular packing density (MPD) of NFAs in solid states, we show that the FF penalties related to non-geminate charge recombination in OSCs can be appreciably mitigated. In particular, as exemplified by an NFA model system L8-BO tailored with branched side chains, the enlargements of MPD and ε allow achieving an impressive FF of 0.815 with an efficiency of 18.23% in OSCs, featuring an impressively low bimolecular recombination and reduced sensitivity of FF on the BHJ film thickness.
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