Ultrafast charge-generation dynamics through interfacial energetic modulation for high-performance single-component organic photovoltaics with 14.8% efficiency

超短脉冲 材料科学 有机太阳能电池 调制(音乐) 光伏 动力学(音乐) 光电子学 纳米技术 化学物理 激子 能量转换效率 光伏系统
作者
Yao Amber Li,Yongmin Luo,Yulong Hai,Xinkang Wang,Lunbi Wu,Ruijie Ma,Kezhou Fan,Top Archie Dela Peña,Sha Liu,He Yan,Kam Sing Wong,Gang Li,Tao Jia,Junwu Chen,Jiaying Wu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
标识
DOI:10.1038/s41467-026-72792-z
摘要

. Ultrafast pump-probe transient absorption spectroscopy reveals that fluorination of DCPY2 into DCPY2-F accelerates interfacial charge transfer and long-range charge separation dynamics. The pump-push-probe transient absorption spectroscopy and steady-state electroluminescence show that the faster interfacial charge transfer arises from a reduced reorganization energy and a correspondingly accelerated molecular reorganization process (2.5 ps vs. 0.8 ps). Despite comparable acceptor aggregate sizes with DCPY2, DCPY2-F also shows faster long-range charge separation dynamics, which we attribute to a narrower charge transfer states (CTs) energetic distribution. Molecular dynamics simulations further reveal that fluorination strengthens non-covalent interactions, promoting well-aligned intermolecular donor-acceptor interfaces. These structurally and energetically ordered interfacial CT states enable ultrafast and efficient charge generation. In corresponding binary blends, fluorination similarly enhances charge-transfer dynamics and photocurrent. These findings establish a unified fluorination strategy for accelerating charge generation dynamics in both SCOSCs and blends, and provide a mechanistic understanding for improving charge generation for high-performance single-component systems.
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