平面与体异质结有机太阳能电池中的非孪生复合

我们研究了基于铜酞菁（CuPc）和 C$_{60}$ 的有机太阳能电池中的非孪生复合。针对平面异质结（PHJ）和体异质结（BHJ）两种器件结构，直接比较了电荷载流子衰减动力学的差异。我们结合瞬态光电压（TPV）实验（给出小扰动电荷载流子寿命）与电荷抽取测量（提供电荷载流子密度）进行分析。在有机太阳能电池中，电荷光生与复合主要发生在给体—受体异质界面处。尽管 BHJ 常因较小的相分离尺度而可近似为有效介质，PHJ 却具有明确的二维异质界面。研究 PHJ 器件中的复合动力学，最相关的是该界面处的电荷积累。由于抽取技术只能确定空间平均的载流子浓度，我们从开路电压推导出界面处的电荷载流子密度 $n_{int}$。将实验结果与宏观器件模拟相比较，我们讨论了 CuPc:C$_{60}$ PHJ 与 BHJ 器件在复合与电荷载流子密度方面相对于器件性能的差异。在低光强下 BHJ 的开路电压大于 PHJ，但在 0.3 sun 时情况反转：此时 PHJ 终于能利用其通常更长的电荷载流子寿命，因为有效复合区域更小。