Recombination Losses Above and Below the Transport Percolation Threshold in Bulk Heterojunction Organic Solar Cells

材料科学 富勒烯 渗透(认知心理学) 有机太阳能电池 异质结 渗流阈值 聚合物太阳能电池 电场 化学物理 接受者 载流子 重组 渗流理论 电子迁移率 凝聚态物理 光电子学 能量转换效率 电导率 电阻率和电导率 聚合物 物理 物理化学 化学 复合材料 基因 生物 量子力学 神经科学 生物化学
作者
Aren Yazmaciyan,Martin Stolterfoht,Paul L. Burn,Qianqian Lin,Paul Meredith,Ardalan Armin
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:8 (18) 被引量:21
标识
DOI:10.1002/aenm.201703339
摘要

Abstract Achieving the highest power conversion efficiencies in bulk heterojunction organic solar cells requires a morphology that delivers electron and hole percolation pathways for optimized transport, plus sufficient donor:acceptor contact area for near unity charge transfer state formation. This is a significant structural challenge, particularly in semiconducting polymer:fullerene systems. This balancing act in the model high efficiency PTB7:PC70BM blend is studied by tuning the donor:acceptor ratio, with a view to understanding the recombination loss mechanisms above and below the fullerene transport percolation threshold. The internal quantum efficiency is found to be strongly correlated to the slower carrier mobility in agreement with other recent studies. Furthermore, second‐order recombination losses dominate the shape of the current density–voltage curve in efficient blend combinations, where the fullerene phase is percolated. However, below the charge transport percolation threshold, there is an electric‐field dependence of first‐order losses, which includes electric‐field‐dependent photogeneration. In the intermediate regime, the fill factor appears to be limited by both first‐ and second‐order losses. These findings provide additional basic understanding of the interplay between the bulk heterojunction morphology and the order of recombination in organic solar cells. They also shed light on the limitations of widely used transport models below the percolation threshold.

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