Enhanced Photodynamic of Carriers and Suppressed Charge Recombination Enable Approaching 18% Efficiency in Nonfullerene Organic Solar Cells

激子 材料科学 辐射传输 有机太阳能电池 载流子 扩散 光电子学 化学物理 异质结 能量转换效率 重组 辐射能 有机半导体 分子物理学 聚合物 凝聚态物理 光学 物理 化学 热力学 辐射 基因 复合材料 生物化学
作者
Youdan Zhang,Xunchang Wang,Xian Fei,Miaomiao Li,Chenglong Wang,Hao‐Li Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (49): 54885-54894 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsami.2c15661
摘要

Regulation of the exciton generation, diffusion, and carrier transport, as well as optimization of the non-radiative energy loss could further overcome the power conversion efficiency limitation of organic solar cells. However, the relationship between exciton properties and non-radiative energy loss has seldom been investigated. Herein, taking D18-series devices as the research model, the exciton diffusion length (LD) and hole transfer dynamics can be remarkably improved by the variation of electron-withdrawing halogen and the non-radiative energy loss simultaneously can be suppressed. By combining the analysis results of hole transfer, exciton diffusion, charge separation, and recombination, this work demonstrates that the photo-induced exciton in the chlorinated polymer donor can diffuse to a longer distance within the effective exciton lifetime, suppress the exciton recombination, and enhance device performance. The results define the relationship between the exciton behaviors and non-radiative energy loss and further reveal the significance of controlling the bulk heterojunction with superior photo-physical properties.
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