Photocurrent transients in all-polymer solar cells: Trapping and detrapping effects

光电流 微秒 俘获 电子 载流子 电场 异质结 阳极 材料科学 光电子学 原子物理学 电子迁移率 分子物理学 物理 光学 电极 生物 量子力学 生态学
作者
Christopher R. McNeill,Inchan Hwang,Neil C. Greenham
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:106 (2) 被引量:165
标识
DOI:10.1063/1.3177337
摘要

We have studied photocurrent transients in all-polymer bulk-heterojunction solar cells based on poly(3-hexylthiophene) and poly((9,9-dioctylfluorene)-2,7-diyl-alt-[4,7-bis(3-hexylthien-5-yl)-2,1,3-benzothiadiazole]-2′,2″-diyl). By illuminating devices with square pulses of light of varying intensity, we reveal nonlinear photocurrent transients on the timescale of tens of microseconds. These microsecond photocurrent transients are attributed to the effects of trapping and detrapping of charges on this timescale, in particular, electrons. The buildup of trapped electrons results in the appearance of a peak in the photocurrent at high intensities at ∼10 μs after turn on. This trapped charge produces a local reduction in the strength of the internal electric field near the anode resulting in a net decrease in charge separation efficiency and an increase in the likelihood of bimolecular recombination due to increased and overlapping electron and hole densities. After turn off, a long photocurrent tail is observed with charge still being extracted after 0.5 ms consistent with the detrapping of deeply trapped charges. We are able to reproduce the observed transient photocurrent features using a time-dependent drift-diffusion model incorporating the trapping and detrapping of electrons.

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