Charge Generation Dynamics in Organic Photovoltaic Blends under One-Sun-Equivalent Illumination Detected by Highly Sensitive Terahertz Spectroscopy

化学 太赫兹辐射 光伏系统 光谱学 太赫兹光谱与技术 电荷(物理) 动力学(音乐) 光电子学 光化学 物理 生态学 声学 量子力学 生物
作者
Jiacong Li,Qing Ji,Rui Wang,Zhiguo Zhang,Xiaoyong Wang,Min Xiao,Yanqing Lu,Chunfeng Zhang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (29): 20312-20322 被引量:17
标识
DOI:10.1021/jacs.4c05786
摘要

Organic photovoltaic (OPV) devices attain high performance with nonfullerene acceptors by utilizing the synergistic dual channels of charge generation that originate from excitations in both the donor and acceptor materials. However, the specific intermediate states that facilitate both channels are subject to debate. To address this issue, we employ time-resolved terahertz spectroscopy with improved sensitivity (ΔE/E < 10-6), enabling direct probing of charge generation dynamics in a prototypical PM6:Y6 bulk heterojunction system under one-sun-equivalent excitation density. Charge generation arising from donor excitations is characterized with a rise time of ∼9 ps, while that from acceptor excitations shows a rise time of ∼18 ps. Temperature-dependent measurements further reveal notably distinct activation energies for these two charge generation pathways. Additionally, the two channels of charge generation can be substantially manipulated by altering the ratio of bulk to interfaces. These findings strongly suggest the presence of two distinct intermediate states: interfacial and intramoiety excitations. These states are crucial in mediating the transfer of electrons and holes, driving charge generation within OPV devices.
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