离子门控小分子有机光伏：电荷收集与传输层的界面掺杂
应用物理
2020-09-18 v2
摘要
我们展示了通过在富勒烯电子传输层(ETL)C60和C70上涂覆的多壁碳纳米管(MWCNT)进行可控可逆n掺杂的离子门控，改善了基于小分子的有机光伏(OPV)系统性能。这种由离子液体(IL)充电实现的双电层充电(EDLC)掺杂，可调节MWCNT和富勒烯平面受体层中的电子浓度，使其增加数个数量级。这导致OPV的串联电阻减小、并联电阻增大，并允许使用厚达200 nm的ETL，从而提高了OPV的耐久性与稳定性。我们描述了在门控偏压Vg增大时OPV增强的两个阶段：在较小(甚至为零)的Vg下，IL与多孔透明MWCNT的扩展界面被门控充电，富勒烯电荷收集器得到显著改善，成为欧姆接触。这通过n掺杂MWCNT阴极与欧姆界面接触改善电子收集，改变了S形I-V曲线。在更高门控偏压Vg下，由于费米能级升高和MWCNT功函数降低，I-V曲线进一步改善。在下一个定性阶段，受体富勒烯层通过来自MWCNT的电子注入而被n掺杂，同时IL的离子渗入富勒烯中。在此步骤中，OPV内部产生内建电场，有助于激子解离与电荷分离/传输，进一步提高Jsc和FF(填充因子)。在具有MWCNT阴极的CuPc/富勒烯OPV中，整体功率转换效率(PCE)提高了近50倍。离子门控MWCNT-ETL界面的概念通过漂移-扩散模型进行数值模拟，该模型可拟合观测到的I-V曲线。
引用
@article{arxiv.1805.10954,
title = {Ionically Gated Small Molecule OPV: Interfacial doping of Charge collector and Transport layer},
author = {Danila S. Saranin and Abolfazl Mahmoodpoor and Pavel M. Voroshilov and Constantin R. Simovski and Anvar A. Zakhidov},
journal= {arXiv preprint arXiv:1805.10954},
year = {2020}
}
备注
34 pages, 14 figures