Robust random forest based non-fullerene organic solar cells efficiency prediction

富勒烯 有机太阳能电池 随机森林 材料科学 带隙 化学物理 光电子学 计算机科学 纳米技术 化学 人工智能 复合材料 有机化学 聚合物
作者
Min‐Hsuan Lee
出处
期刊:Organic Electronics [Elsevier BV]
卷期号:76: 105465-105465 被引量:67
标识
DOI:10.1016/j.orgel.2019.105465
摘要

Non-fullerene materials have attracted attention as high-performance molecular acceptors in organic solar cells (OSCs). A proper understanding of the energy level alignment between donors and non-fullerene acceptors is crucial for photoactive materials selection in designing high-performance non-fullerene OSCs. However, the quantitative assessment for the proper selection of donors and non-fullerene acceptors is still rarely studied, which is seen as time-consuming and complicated tasks. In this study, the optimized Random Forest model based on the electronic descriptors (e.g., highest occupied molecular orbitals levels, lowest unoccupied molecular orbitals levels, and band gap) provides the high predictive power, reaching the coefficient of determination (R2) of 0.85 and 0.80 for the training set and testing set, respectively. The use of machine learning approach benefits the development of non-fullerene OSCs in two ways: (1) it helps to extract complex correlation between various descriptors and device performance, and (2) it indicates that the band gap of acceptors is the more critical feature for improving the efficiency of non-fullerene OSCs. The machine-learning model for predicting the efficiency of non-fullerene OSCs (macroscopic performance) from frontier molecular orbital energy levels of the organic materials (microscopic properties) is developed, as an important guide to design the heterojunction blends and accelerate the research for non-fullerene OSCs.
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