Charge photogeneration dynamics in non-fullerene polymer solar cells with fluorinated and non-fluorinated acceptors

材料科学 接受者 激子 光致发光 载流子 有机太阳能电池 重组 离解(化学) 光化学 化学物理 聚合物 光电子学 物理化学 化学 物理 复合材料 量子力学 生物化学 基因 凝聚态物理
作者
Zekai Cai,Rong Hu,Zi-Qing Xiao,Junyi Feng,Xianshao Zou,Guanzhao Wen,Geng Dong,Wei Zhang
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:160 (7) 被引量:3
标识
DOI:10.1063/5.0177876
摘要

In this work, charge photogeneration and recombination processes of PM6:IDIC-4F and PM6:IDIC blend films were investigated by the steady-state and time-resolved spectroscopies, as well as the time-dependent density functional theory calculations. The peaks in absorption and photoluminescence (PL) spectra of IDIC and IDIC-4F solutions were assigned by combining the experiment and the simulation of UV–vis absorption and PL spectra. For neat acceptor films, the exciton diffusion length of neat IDIC and IDIC-4F films was estimated as ∼28.9 and ∼19.9 nm, respectively. For PM6-based blend films, we find that the fluorine substitution engineering on the IDIC acceptor material can increase the phase separate size of acceptor material in blend films, resulting in the reduction of dissociation efficiencies of acceptor excitons. In addition, we find that the charge recombination in PM6:IDIC-4F is dominated by bimolecular recombination, in comparison to geminate type carrier recombination in PM6:IDIC blend films. In addition, we find that thermal annealing treatment has a weak influence on carrier recombination but slightly reduces the exciton dissociation efficiency of acceptor in PM6:IDIC blend films, leading to a slightly reduced power conversion efficiency of PM6:IDIC solar cells. These results may shed light on the design of high-performance semiconductor molecules for application in solar cells.
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