分子间电荷转移激子使近红外吸收非富勒烯受体获得纳秒激发态寿命以实现高效有机太阳能电池
化学物理
2023-04-20 v1
摘要
最先进的 Y6 型分子受体尽管光学带隙较低（约 1.4 eV），却表现出纳秒激发态寿命，从而使有机太阳能电池（OSCs）能够实现高效电荷生成，并拓展近红外（NIR）吸收范围（可达约 1000 nm）。然而，使 Y6 型受体中低能激发态获得纳秒寿命的精确分子层面机制一直不明。在此，我们证明 Y6 分子在薄膜中独特的堆积导致 Y6 聚集体最低激发态具有强分子间电荷转移（iCT）特征，而这在 ITIC 等其他低带隙受体中不存在。由于相邻 Y6 分子间的强电子耦合，iCT 激子能量相对于分离分子中形成的激子降低了多达约 0.25 eV。重要的是，尽管能量较低，iCT 激子与电子基态的非绝热电子-振动耦合减弱，从而抑制了非辐射复合，并使 Y6 克服著名的能隙定律。我们的结果揭示了近红外吸收的 Y6 型受体中分子堆积与纳秒激发态寿命之间的基本关系，这正是 Y6 基 OSCs 卓越性能的基础。
引用
@article{arxiv.2304.09408,
title = {Intermolecular CT excitons enable nanosecond excited-state lifetimes in NIR-absorbing non-fullerene acceptors for efficient organic solar cells},
author = {Xian-Kai Chen and Christopher C. S. Chan and Sudhi Mahadevan and Yu Guo and Guichuan Zhang and He Yan and Kam Sing Wong and Hin-Lap Yip and Jean-Luc Bredas and Sai Wing Tsang and Philip C. Y. Chow},
journal= {arXiv preprint arXiv:2304.09408},
year = {2023}
}