Record indoor performance of organic photovoltaics with long-term stability enabled by self-assembled monolayer-based interface management

材料科学 光活性层 氧化铟锡 有机太阳能电池 光电子学 光伏系统 能量转换效率 载流子 单层 纳米技术 图层(电子) 聚合物太阳能电池 聚合物 电气工程 工程类 复合材料
作者
Tae Hyuk Kim,Na Won Park,Muhammad Ahsan Saeed,Sang Young Jeong,Han Young Woo,Jaehong Park,Jae Won Shim
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:112: 108429-108429 被引量:36
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2023.108429
摘要

Though with the advent of the Internet-of-Things state-of-the-art organic photovoltaic (OPV) systems for harnessing indoor light energy have successfully been developed; however, the practical use of OPVs is limited owing to their low power conversion efficiency (PCE) and marginal understanding on the charge dynamics of OPVs under dim indoor lights. Herein, a record-high performance in indoor OPV system is secured by combining a 2-(9 H-carbazol-9-yl) phosphonic acid (2PACz)-processed indium tin oxide (ITO) and a 2PACz-mixed photoactive layer. Charge carrier dynamics of the 2PACz-mixed photoactive layer are systematically investigated to develop efficient indoor OPVs. Spontaneous vertical phase separation of photoreactive layers with 2PACz forms a vertical component distribution and dramatically improves carrier yield-mobility product which yields suppression of trap-assisted recombination and leaking current in the indoor OPVs. Also, phosphonic acid groups-based 2PACz-treated ITO leads to induce a sufficiently large work function owing to a vacuum-level shift, thereby enabling efficient energy-level matching to achieve charge selection enhancement at the hole-selective interface. The champion OPV (∼ 36% PCE under indoor lights) system maintains 95% of its initial efficiency after 1000 h of operation in ambient air. Our findings highlight the tremendous potential of indoor OPVs for simultaneously achieving high efficiency and ambient shelf-lifetime.
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