一种结合扩散/速率方程的模型，用于描述相分离给体-受体混合物中的电荷生成
材料科学
2024-11-14 v1
摘要
有机太阳能电池（OSCs）的功率转换效率（PCE）因新型非富勒烯受体（NFAs）的引入而大幅提升。进一步提高 PCE 需要更全面地理解自由电荷生成过程。最近，相关前沿轨道能级偏移较小的给体-受体混合物的低 PCE 被归因于激子解离效率低。然而，另一个光电流损失来源是激子扩散与衰减之间的竞争，这对于双层或具有相分离形貌的体异质结混合物尤为重要。本文提出了一种解析模型，将激子扩散与基于 Marcus 电荷转移理论的一组速率方程相结合。从模型的稳态解导出了电荷生成效率的表达式。从而确定了本征激子寿命作为促进高效电荷生成的关键参数，即使激子解离的驱动力趋于消失。模型的动力学公式用于阐明电荷生成的特征时间尺度。发现对于低能级偏移体系，纯扩散时间远短于与电荷生成相关的时间。因此可以得出结论：在通过激子扩散测量估算畴尺寸时，假设激子在给体-受体界面瞬间被淬灭，仅在存在高激子解离驱动力时才成立。该模型应用于 PM6:Y6 混合物的瞬态吸收动力学。结果表明，电荷生成动力学由激子扩散与空穴转移动力学的相互作用决定，估算的 Y6 畴尺寸为 25 nm，而界面电荷转移（CT）态迅速分离为自由电荷。
引用
@article{arxiv.2411.08812,
title = {A combined diffusion/rate equation model to describe charge generation in phase-separated donor-acceptor blends},
author = {Phillip Teschner and Atul Shukla and Dieter Neher},
journal= {arXiv preprint arXiv:2411.08812},
year = {2024}
}