view in publisher's site

Molecular and Energetic Order Dominate the Photocurrent Generation Process in Organic Solar Cells with Small Energetic Offsets

Minimizing the energetic offset between the donor (D) and acceptor (A) in organic solar cells (OSCs) is pivotal for reducing the charge-transfer (CT) loss and improving the open-circuit voltage (Voc). This nevertheless leads to a topic of debate regarding the driving force for the charge separation in OSCs with small energetic offsets. The molecular packing geometries in the active layer determine the energetic levels and trap density, but their relationship with the driving force is seldom considered. Limited by the complicated demixing morphology and inaccurate measurements of energy levels in the prototypical bulk-heterojunction (BHJ) devices, we thereby demonstrate a concise and robust planar-heterojunction model of PM7/N2200 to investigate the origin of driving force for charge generation. It is surprising to note that the device with smaller energy offset shows higher efficiency. Further analysis reveals that a bilayer device with short-range packing PM7 exhibits smaller energetic offsets along with fewer morphological defects and traps compared to its long-range packing counterparts. This molecular packing characteristic diminishes the energetic disorder at the D/A interfaces and inhibits the trap-assisted charge recombination, contributing to the increased short-circuit current (Jsc) and Voc. Our results suggest that the energetic offset actually has limited influence on charge separation, while the synergetic control of molecular and energetic order is vital to the photocurrent generation and energy loss reduction in OSCs.

نظم مولکولی و تفسیری حاکم بر فرآیند تولید جریان نوری در سلول‌های خورشیدی ارگانیک با افکت‌های تفسیری کوچک

به حداقل رساندن آفست انرژی بین دهنده (D)و پذیرنده (A)در سلول‌های خورشیدی آلی (OSC)برای کاهش اتلاف انتقال بار (CT)و بهبود ولتاژ مدار باز (Voc)محوری است. با این حال این موضوع منجر به بحث در مورد نیروی محرکه برای جداسازی بار در OSC ها با افست‌های پرانرژی کوچک می‌شود. هندسه‌های بسته‌بندی مولکولی در لایه فعال، سطوح انرژی و تراکم دام را تعیین می‌کنند، اما رابطه آن‌ها با نیروی محرک به ندرت در نظر گرفته می‌شود. با توجه به ترکیب پیچیده مورفولوژی و اندازه‌گیری‌های نادرست سطوح انرژی در دستگاه‌های هتروجانکشن حجمی نمونه اولیه (BHJ)، در نتیجه یک مدل فشرده و قوی از هتروجانکشن صفحه‌ای و قوی از PM۷ / N۲۲۰۰ را برای بررسی منشا نیروی محرک برای تولید بار نشان می‌دهیم. جای تعجب است اگر توجه داشته باشید که دستگاه با آفست انرژی کم‌تر، بهره‌وری بالاتری را نشان می‌دهد. تجزیه و تحلیل بیشتر نشان می‌دهد که یک دستگاه دولایه با PM۷ بسته‌بندی با برد کوتاه، افست‌های پرانرژی کوچک‌تر همراه با نقایص و تله‌های مورفولوژیکی کم‌تر را در مقایسه با همتایان بسته‌بندی با برد بلند خود نشان می‌دهد. این ویژگی فشرده‌سازی مولکولی، اختلال انرژی در فصل مشترک D / A را کاهش می‌دهد و نوترکیبی بار به کمک تله را مهار می‌کند و به افزایش جریان اتصال کوتاه (JSC)و Voc کمک می‌کند. نتایج ما نشان می‌دهد که آفست پرانرژی در واقع تاثیر محدودی بر جداسازی بار دارد، در حالی که کنترل هم افزایی نظم مولکولی و انرژتیک برای تولید جریان نوری و کاهش اتلاف انرژی در OSC ها حیاتی است.
ترجمه شده با

Download PDF سفارش ترجمه این مقاله این مقاله را خودتان با کمک ترجمه کنید
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

95/12/18 - با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس و کروم٬ چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.