Charge transfer rate modulated energy loss in indoor organic photovoltaic cells

光伏系统 材料科学 有机太阳能电池 光电子学 能量转移 电荷(物理) 工程物理 环境科学 物理 电气工程 工程类 量子力学
作者
Kangning Zhang,Jiawei Qiao,Sixuan Cheng,Mingxu Zhou,Jianbo Xu,Peng Lu,Hang Yin,Xiaoyan Du,Mao‐Jie Zhang,Xiaotao Hao
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:127 (8)
标识
DOI:10.1063/5.0282998
摘要

Minimizing energy loss is pivotal for achieving high-performance indoor organic photovoltaic (IOPV) cells, where charge transfer (CT) rate critically governs exciton-to-charge conversion efficiency. Nevertheless, the fundamental correlation between CT rate and energy loss remains insufficiently understood. In this study, we systematically investigate how CT rate affects the radiative and non-radiative energy loss in IOPV devices employing PBDB-T donor and three wide-bandgap BTA3 series acceptors. A developed global fitting model for charge separation pathways demonstrates that the intra-moiety delocalized excitations and CT states show comparable contributions to exciton dissociation efficiency (each accounting for approximately 50%). Notably, our findings reveal that excessive driving forces can paradoxically reduce CT rate, resulting in prolonged existence of CT states at the donor:acceptor interfaces that amplifies radiative and non-radiative recombination. The lower CT rate-mediated energy loss becomes increasingly dominant under indoor weak illumination compared to standard solar conditions due to reduced density of CT states and intensified influence of trap states. This elucidates a CT rate-dependent energy loss mechanism that warrants greater consideration in the design of IOPVs. These results highlight the importance of CT rate modulation for suppressing energy loss, providing valuable insights for the rational design of photovoltaic materials for diverse indoor energy harvesting applications.
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