Device Architecture Study in Fullerene-Based Organic Photovoltaics
Device Architecture Study in Fullerene-Based Organic Photovoltaics
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基于富勒烯的有机光伏器件结构研究
DOI：
10.1021/acs.jpcc.0c02956
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发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Hsu, Julia W.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Murthy, Lakshmi N.;Zhang, Boya;Hsu, Julia W.
器件结构对富勒烯基有机光伏（OPV）器件性能的影响迄今为止还没有研究。在这里，我们进行了实验和模拟研究富勒烯为基础的OPV与传统和倒置的架构，以了解光生载流子，载流子迁移率和垂直相分离的贡献。用表面光电压谱（SPS）测量研究了从活性层到底部传输层的电荷转移。我们的研究结果表明，SPS信号和光谱形状强烈依赖于施主浓度在传统的架构，但不是在倒置架构。此外，传统的OPV器件显示出比倒置器件更好的器件电流密度-电压性能，特别是产生更高的短路电流密度。单靠载流子的产生不能解释这些结果。X射线光电子能谱的结果表明，聚（3-己基噻吩）（P3 HT）富集在空气表面上，这应该有增强的倒置器件的性能。使用太阳能电池电容器模拟器，我们研究了有源层厚度和载流子迁移率的影响，并建立在这些设备中的载流子迁移率的不平衡。这种载流子迁移率不平衡解释了SPS结果、OPV器件性能和最佳有源层厚度中的架构依赖性，而总光生速率和垂直相分离预测结果与实验观察不一致。
The effect of device architecture on the performance of fullerene-based organic photovoltaic (OPV) devices has not been investigated so far. Here, we performed experimental and simulation studies on fullerene-based OPVs with conventional and inverted architectures to understand the contributions from photogeneration of carriers, carrier mobility, and vertical phase separation. Charge transfer from the active layer to the bottom transport layer was studied with surface photovoltage spectroscopy (SPS) measurements. Our results show that SPS signals and spectral shape depend strongly on donor concentration in the conventional architecture but not in the inverted architecture. Additionally, conventional OPV devices show better device current density–voltage performance than inverted devices, specifically producing higher short-circuit current density. Carrier generation alone cannot explain these results. X-ray photoelectron spectroscopy results show poly(3-hexylthiophene) (P3HT) enrichment on the air surface, which should have enhanced inverted device performance. Using a solar cell capacitor simulator, we studied the active layer thickness and carrier mobility effects and established the imbalance in carrier mobilities in these devices. This carrier mobility imbalance explains the architecture dependence in the SPS results, OPV device performance, and optimal active layer thickness, while total photogeneration rate and vertical phase separation predict results inconsistent with experimental observation.
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DOI：
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发表时间：
2020
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I. Gentle
DOI：
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发表时间：
2006-09
期刊：
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--
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通讯作者：
Xiangjun Wang;T. Ederth;O. Inganäs
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