Single photovoltaic material solar cells with enhanced exciton dissociation and extended electron diffusion
Single photovoltaic material solar cells with enhanced exciton dissociation and extended electron diffusion
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具有增强激子解离和扩展电子扩散的单一光伏材料太阳能电池
DOI：
10.1016/j.xcrp.2022.100895
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发表时间：
2022-05
影响因子：
8.9
通讯作者：
Lin Yuze
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zhang Zhenzhen;Li Li;Xu Chaoying;Jin Pengfei;Huang Miaofei;Li Yawen;Wang Hong;Yi Yuanping;Zhang Chuang;Yang Ye;Xu Weigao;Lin Yuze
典型的有机光伏半导体表现出高激子结合能（E b ，通常>300 meV），阻碍了基于单一光伏材料（SPM-OSC）的有机太阳能电池的发展。其中，与对照分子（Y6）相比，硒取代的Y6Se表现出降低的E b 以及激子态或中间部分内准分子态的更快弛豫，表明Y6Se薄膜中的激子解离可以由较低的能量驱动。基于不含和含有 1 wt% p 型聚合物添加剂的 Y6Se 薄膜的 SPM-OSC 表现出较长的载流子寿命和延长的电子扩散长度，分别导致令人印象深刻的功率转换效率为 3.07% 和 3.94%，这明显高于文献中基于单一光伏小分子的 SPM-OSC 的值。此外，相对于基于Y6Se与聚合物供体共混的典型本体异质结OSC，基于Y6Se的SPM-OSC表现出优异的热稳定性。 • Y6Se 中存在增强的激子解离和扩展的电子扩散 • 3.94% 的效率高于报道的具有 D-A 分子的 SPM-OSC • SPM-OSC 比典型的本体异质结 OSC 表现出优异的热稳定性 典型的有机光伏半导体表现出高激子结合能，阻碍了基于单一光伏材料（SPM-OSC）的有机太阳能电池的发展。张等人。报告称，Y6Se 表现出增强的激子解离和延长的电子扩散长度，从而提高了 SPM-OSC 的器件效率。
Typical organic photovoltaic semiconductors exhibit high exciton binding energy ( E b , typically >300 meV), hindering the development of organic solar cells based on a single photovoltaic material (SPM-OSCs). Herein, compared with the control molecule (Y6), Y6Se with selenium substitution exhibits reduced E b and faster relaxation of the exciton state or the intermediate intra-moiety excimer state, indicating that the exciton dissociation in Y6Se film can be driven by lower energy. The SPM-OSCs based on Y6Se film without and with 1 wt % p-type polymer additive exhibit long charge-carrier lifetime, and extended electron diffusion length, leading to impressive power conversion efficiencies of 3.07% and 3.94%, respectively, which are significantly higher than those values reported for SPM-OSCs based on single photovoltaic small molecules in the literature. In addition, the SPM-OSCs based on Y6Se show superior thermal stability, relative to the typical bulk heterojunction OSCs based on Y6Se blending with polymer donor. • Enhanced exciton dissociation and extended electron diffusion exist in Y6Se • The 3.94% efficiency is higher than those reported for SPM-OSCs with D-A molecules • SPM-OSCs show superior thermal stability than typical bulk heterojunction OSCs Typical organic photovoltaic semiconductors exhibit high exciton binding energy, hindering the development of organic solar cells based on single photovoltaic materials (SPM-OSCs). Zhang et al. report that Y6Se exhibits enhanced exciton dissociation and extended electron diffusion length, leading to enhanced device efficiency in SPM-OSCs.
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