关于捐赠稀释有机光伏电池中电荷传输与复合的再思考
材料科学
2026-03-10 v1
摘要
我们系统地研究了 PM6:Y12 _bulk-heterojunction_ 光伏电池，其中捐赠比例从 1% 到 45% 不等，链接结构、电荷传输与复合到器件性能。互补的结构和光谱方法揭示，即使在捐赠含量低于 5% 时，也形成了连续的 PM6 网络，具有层状堆积和垂直组成梯度，且不妨碍电荷提取。对有效活性层导电性在低捐赠比例下的降低遵循三维 percolation 模型，表明电荷传输由网络拓扑决定，无明显的 percolation 阈值。当捐赠比例低于 5% 时，从 nongeminate Langevin 复合过渡到离散 Smoluchowski 式损耗。后者亦为 nongeminate，即涉及总电荷载流子密度的复合。相应地，我们观察到在较高捐赠比例下的 Langevin 降低——主要由电荷-正电荷对相遇后解离所主导——向低捐赠比例的情形转变：在这些情况下，nongeminate 损耗速率超过 Langevin 模型的预测。该 regime 伴随着由于拓扑限制的空穴导电导致的传输阻抗增加，尽管保持了高的电荷生成效率，填因率仍受到降低。我们的结果表明，强烈的捐赠稀释可在保持连续捐赠网络的前提下保留光生效，并揭示了由拓扑控制的传输和非-Langevin 复合共同决定捐赠稀释有机光伏混合物性能极限的机制。
关键词
引用
@article{arxiv.2603.08093,
title = {Rethinking Charge Transport and Recombination in Donor-diluted Organic Solar Cells},
author = {Chen Wang and Christopher Wöpke and Toni Seiler and Jared Faisst and Mathias List and Meike Kuhn and Bekcy Joseph and Alexander Ehm and Dietrich R. T. Zahn and Yana Vaynzof and Eva M. Herzig and Roderick C. I. Mackenzie and Uli Würfel and Maria Saladina and Carsten Deibel},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.08093},
year = {2026}
}