Balanced Electric Field Dependent Mobilities: A Key to Access High Fill Factors in Organic Bulk Heterojunction Solar Cells

作者
Hang Yin,Pengqing Bi,Sin Hang Cheung,Wai Leong Cheng,Ka Lok Chiu,Carr Hoi Yi Ho,Ho Wa Li,Sai‐Wing Tsang,Xiaotao Hao,Shu Kong So
出处
期刊:Solar RRL [Wiley]
卷期号:2 (4) 被引量:52
标识
DOI:10.1002/solr.201700239
摘要

The compositions of most lab‐based bulk‐heterojunction (BHJ) solar cells are optimized by their power conversion efficiencies (PCEs). In this report, we suggest that the compositions should be optimized by their fill‐factors (FFs) instead. With the optimized‐FF approach, BHJ cells tend to have higher acceptor contents and possess better thermal and operational stabilities. Three model systems, namely, PTB7:PC71BM, PTB7‐Th:ITIC, and PBDB‐T:ITIC BHJs, are chosen as case studies. Charge carrier transport measurements are used to reveal the origin of the enhanced FFs of these BHJ solar cells. We demonstrate that these acceptor‐rich BHJs possess better balanced field‐dependent electron‐to‐hole mobility ratios due to improved electron mobilities near open‐circuit conditions. We introduce a new parameter, known as charge imbalance factor (Δ), to quantify the impact of field dependent mobilities on the FF of the OPV cells. The improved mobility ratio (reduced Δ) suppresses carrier recombinations (especially at the open‐circuit conditions). Despite having slightly reduced PCEs, the FF‐optimized cells enjoy a much better stability. Our results suggest that FF‐optimized BHJ cells with higher acceptor contents should be considered for practical applications, due to better thermal and operational stability.
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