低带隙非富勒烯受体有机太阳能电池的固有效率限制

抽象的

在体异质结（BHJ）有机太阳能电池（OSC）中，供体-受体界面处的电子亲和能（EA）和电离能（IE）差值应共同控制激子解离。本文证明，在低带隙非富勒烯受体（NFA）BHJ中，超快的供体-受体能量转移先于空穴从受体转移到供体，因此EA差值几乎可以忽略不计。此外，由于受体四极矩引起的供体-NFA界面能级弯曲会阻碍低IE差值下激子到电荷转移态的有效转换，因此需要约0.5 eV的较大体IE差值才能实现高效的电荷转移和高内部量子效率。然而，同样的弯曲也是无势垒电荷转移态到自由电荷转换的根源。我们的研究结果全面揭示了基于非富勒烯受体（NFA）共混物的光物理性质，并表明较大的体相电离能差对于设计基于低带隙NFA的高效体异质结有机太阳能电池（BHJ OSC）至关重要。对一系列给体-受体有机共混物的系统分析表明，在基于低带隙非富勒烯受体的太阳能电池中，需要约0.5 eV的电离能差才能确保有效的电荷分离。.