Probing molecular orientation at bulk heterojunctions by polarization-selective transient absorption spectroscopy
Probing molecular orientation at bulk heterojunctions by polarization-selective transient absorption spectroscopy
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通过偏振选择性瞬态吸收光谱探测本体异质结的分子取向
DOI：
10.1007/s11426-021-1046-6
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发表时间：
2021-06
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Wang Cheng
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zhang Cankun;Zhang Yuzhe;Wang Zhiye;Su Yuming;Wei Zhixiang;Hou Jianhui;He Shan;Wu Kaifeng;He Chang;Zhang Jianqi;Wang Cheng
有机太阳能电池中的本体异质结是发生电荷分离和复合的地方。界面处的分子取向是决定太阳能电池效率的关键因素之一。虽然基于X射线散射的方法可以确定各向异性相和各向同性富勒烯基相之间的供体/受体域取向，但非富勒烯太阳能电池的兴起提出了在两个各向异性供体/受体域之间的界面处描绘局部分子方向的新挑战。在这里，我们确定界面的分子取向的三个高效率的小分子太阳能电池（ZR 1：Y 6，B1：BO-4Cl，和BTR：BO-4Cl）使用偏振选择性瞬态吸收光谱。电荷分离动力学的极化各向异性表明界面处ZR 1和Y 6分子之间的角度约为90°，B1和BO-4Cl之间的角度接近0°，BTR和BO-4Cl之间的取向为随机取向。这些观测结果提供了补充信息的X射线散射测量和突出的偏振选择性瞬态吸收光谱作为一种工具，以探测界面结构和动力学的关键物理能量转换的步骤。
A bulk heterojunction in organic solar cells is where charge separation and recombination occur. Molecular orientation at the interface is one of the key factors that dictate solar cell efficiency. Although X–ray scattering-based methods can determine donor/acceptor domain orientations between an anisotropic phase and an isotropic fullerene-based phase, the rise of nonfullerene solar cells presents a new challenge in delineating local molecular directions at the interface between two anisotropic donor/acceptor domains. Here, we determine interfacial molecular orientations of three high-efficiency small molecule solar cells (ZR1:Y6, B1:BO–4Cl, and BTR:BO–4Cl) using polarization-selective transient absorption spectroscopy. The polarization anisotropy of charge separation dynamics indicates an angle of ~90° between ZR1 and Y6 molecules at the interface, an angle close to 0° between B1 and BO–4Cl, and random orientations between BTR and BO–4Cl. These observations provide complementary information to X–ray scattering measurements and highlight polarization-selective transient absorption spectroscopy as a tool to probe interfacial structure and dynamics of key photophysical steps in energy conversion.
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