Charge Transfer in Ternary Solar Cells Employing Two Fullerene Derivatives: Where do Electrons Go?

轨道能级差 富勒烯 三元运算 有机太阳能电池 化学 接受者 电子受体 聚合物太阳能电池 化学物理 极化子 光化学 分子 聚合物 有机化学 物理 凝聚态物理 计算机科学 程序设计语言
作者
Andreas Sperlich,Michael Auth,Vladimir Dyakonov
出处
期刊:Israel Journal of Chemistry [Wiley]
卷期号:62 (7-8) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/ijch.202100064
摘要

Abstract Earlier reports demonstrated that ternary organic solar cells (OSC) made of donor polymers (D) blended with different mixtures of fullerene acceptors (A : A) performed very similarly. This finding is surprising, as the corresponding fullerene LUMO levels are slightly different, which might result in decisive differences in the charge transfer step. We investigate ternary OSC (D : A : A) made of the donor polymer P3HT with stoichiometric mixtures of different fullerene derivatives, PC 60 BM : PC 70 BM and PC 70 BM : IC 60 BA, respectively. Using quantitative electron paramagnetic resonance (EPR) we can distinguish between positive and negative polarons, localized on the specific molecules. We found that after the initial charge transfer step, the electrons are re‐distributed over two nearby acceptors in agreement with their stoichiometry and their relative LUMO energy difference. Remarkably, the measured ΔLUMO differences in fullerene mixtures are reduced by an order of magnitude compared to that of the pristine materials, i. e., below 1 meV for PC 60 BM : PC 70 BM and (20±5) meV for PC 70 BM : IC 60 BA. Furthermore, we found that this reduced ΔLUMO explains the shift in open circuit voltage for D : A : A organic solar cells. We attribute these findings to hybridization, leading to an effective fullerene LUMO. Consequently, multi‐acceptor blends are indeed a viable option for photodetectors and solar cells, as they combine the best electron acceptor and light absorbing properties.
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