Suppressing Energy Loss due to Triplet Exciton Formation in Organic Solar Cells: The Role of Chemical Structures and Molecular Packing

材料科学 化学物理 激子 有机太阳能电池 激发态 单重态 接受者 聚合物 原子物理学 化学 物理 凝聚态物理 复合材料
作者
Xiankai Chen,Tonghui Wang,Jean‐Luc Brédas
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:7 (15) 被引量:37
标识
DOI:10.1002/aenm.201602713
摘要

In the most efficient solar cells based on blends of a conjugated polymer (electron donor) and a fullerene derivative (electron acceptor),ultrafast formation of charge‐transfer (CT) electronic states at the donor‐acceptor interfaces and efficient separation of these CT states into free charges, lead to internal quantum efficiencies near 100%. However, there occur substantial energy losses due to the non‐radiative recombinations of the charges, mediated by the loweset‐energy (singlet and triplet) CT states; for example, such recombinations can lead to the formation of triplet excited electronic states on the polymer chains, which do not generate free charges. This issue remains a major factor limiting the power conversion efficiencies (PCE) of these devices. The recombination rates are, however, difficult to quantify experimentally. To shed light on these issues, here, an integrated multi‐scale theoretical approach that combines molecular dynamics simulations with quantum chemistry calculations is employed in order to establish the relationships among chemical structures, molecular packing, and non‐radiative recombination losses mediated by the lowest‐energy charge‐transfer states.
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