Design rules for minimizing voltage losses in high-efficiency organic solar cells

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作者
Deping Qian,Zilong Zheng,Huifeng Yao,Wolfgang Tress,Thomas R. Hopper,Shula Chen,Sunsun Li,Jing Liu,Shangshang Chen,Jie Zhang,Xiaoke Liu,Bin Gao,Liangqi Ouyang,Yingzhi Jin,Galia Pozina,Irina Buyanova,Weimin Chen,Olle Inganäs,Veaceslav Coropceanu,Jean‐Luc Brédas,He Yan,Jianhui Hou,Fengling Zhang,Artem A. Bakulin,Feng Gao
出处
期刊:Nature Materials [Springer Nature]
卷期号:17 (8): 703-709 被引量:704
标识
DOI:10.1038/s41563-018-0128-z
摘要

The open-circuit voltage of organic solar cells is usually lower than the values achieved in inorganic or perovskite photovoltaic devices with comparable bandgaps. Energy losses during charge separation at the donor-acceptor interface and non-radiative recombination are among the main causes of such voltage losses. Here we combine spectroscopic and quantum-chemistry approaches to identify key rules for minimizing voltage losses: (1) a low energy offset between donor and acceptor molecular states and (2) high photoluminescence yield of the low-gap material in the blend. Following these rules, we present a range of existing and new donor-acceptor systems that combine efficient photocurrent generation with electroluminescence yield up to 0.03%, leading to non-radiative voltage losses as small as 0.21 V. This study provides a rationale to explain and further improve the performance of recently demonstrated high-open-circuit-voltage organic solar cells.
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