一种用于表征形貌的新型图论表述及其在有机太阳能电池中的应用

有机太阳能电池因其低成本、卷对卷可制造性和机械柔性的前景而具有广泛应用的潜力。然而，其部署受到相对较低的功率转换效率的阻碍。过去十年中，通过各种策略在提高这些器件的功率转换方面取得了显著进展。其中一种方法基于形貌控制。这是因为形貌影响太阳能转换中涉及的所有现象：光吸收和电子-空穴对（激子）的产生；激子扩散和解离为自由电荷；以及电荷向电极的传输。实验表征和计算建模的进展现在允许对薄膜形貌进行重构和成像。这为理性地将制造与形貌、以及形貌与性能联系起来开辟了可能性。在此背景下，一套全面的计算工具来快速量化和分类薄膜的非均匀内部结构，对于连接工艺、结构和性能将是无价的。我们提出了一种新颖的基于图的框架，以高效地构建一套广泛的具有物理意义的形貌描述符。这些形貌描述符进一步根据有机太阳能电池内的物理子过程进行分类。该方法的动机在于离散化形貌与带标签、加权、无向图之间的等价性。我们利用此方法提出了与结构表征相关的关键问题。随后，我们构建了各种效率的估计值和上限。通过表征热退火对薄膜形貌时间演化的影响，展示了该方法。最后，我们阐述了利用该框架表征形貌结晶度和各向异性的自然扩展。