Probing the pathways of free charge generation in organic bulk heterojunction solar cells.
Probing the pathways of free charge generation in organic bulk heterojunction solar cells.
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DOI：
10.1038/s41467-018-04386-3
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发表时间：
2018-05-23
影响因子：
16.6
通讯作者：
Neher D
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Kurpiers J;Ferron T;Roland S;Jakoby M;Thiede T;Jaiser F;Albrecht S;Janietz S;Collins BA;Howard IA;Neher D
尽管大多数光活性混合物的介电常数较低，但有机太阳能电池的效率却很高，这一事实引发了关于自由电荷形成的主要途径的长期争论。在这里，我们通过使用延时收集场的方法，在广泛的光子能量范围内精确测量自由电荷光产生的活化能来解决这个问题。对于我们的原型低带隙聚合物：富勒烯共混物，我们发现自由电荷产生的温度和场依赖都不依赖于激发能，排除了通过热载流子途径产生自由电荷的可观贡献。另一方面，所有研究的共混物的活化能都与室温热能相当。我们得出结论，在这种器件中电荷的产生是通过热化电荷转移状态进行的，并且热能足以将这些状态中的大多数分离成自由电荷。关于有机太阳能电池中电荷产生的主要途径，存在着相互矛盾的模型。在这里，Kurpiers等人确定了这一基本过程的活化能，并揭示了主要通道是通过热化电荷转移态而不是热激子离解。
The fact that organic solar cells perform efficiently despite the low dielectric constant of most photoactive blends initiated a long-standing debate regarding the dominant pathways of free charge formation. Here, we address this issue through the accurate measurement of the activation energy for free charge photogeneration over a wide range of photon energy, using the method of time-delayed collection field. For our prototypical low bandgap polymer:fullerene blends, we find that neither the temperature nor the field dependence of free charge generation depend on the excitation energy, ruling out an appreciable contribution to free charge generation though hot carrier pathways. On the other hand, activation energies are on the order of the room temperature thermal energy for all studied blends. We conclude that charge generation in such devices proceeds through thermalized charge transfer states, and that thermal energy is sufficient to separate most of these states into free charges. Contradictory models are being debated on the dominant pathways of charge generation in organic solar cells. Here Kurpiers et al. determine the activation energy for this fundamental process and reveal that the main channel is via thermalized charge transfer states instead of hot exciton dissociation.
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