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Zitieren Sie bitte immer diesen URN: urn:nbn:de:kobv:b43-552518

On the Interplay between CT and Singlet Exciton Emission in Organic Solar Cells with Small Driving Force and Its Impact on Voltage Loss

  • The interplay between free charge carriers, charge transfer (CT) states and singlet excitons (S1) determines the recombination pathway and the resulting open circuit voltage (VOC) of organic solar cells. By combining a well-aggregated low bandgap polymer with different blend ratios of the fullerenes PCBM and ICBA, the energy of the CT state (ECT) is varied by 130 meV while leaving the S1 energy of the polymer (ES1) unaffected. It is found that the polymer exciton dominates the radiative properties of the blend when ECT approaches ES1, while the VOC remains limited by the non-radiative decay of the CT state. It is concluded that an increasing strength of the exciton in the optical spectra of organic solar cells will generally decrease the non-radiative voltage loss because it lowers the radiative VOC limit (VOC,rad), but not because it is more emissive. The analysis further suggests that electronic coupling between the CT state and the S1 will not improve the VOC, but rather reduce theThe interplay between free charge carriers, charge transfer (CT) states and singlet excitons (S1) determines the recombination pathway and the resulting open circuit voltage (VOC) of organic solar cells. By combining a well-aggregated low bandgap polymer with different blend ratios of the fullerenes PCBM and ICBA, the energy of the CT state (ECT) is varied by 130 meV while leaving the S1 energy of the polymer (ES1) unaffected. It is found that the polymer exciton dominates the radiative properties of the blend when ECT approaches ES1, while the VOC remains limited by the non-radiative decay of the CT state. It is concluded that an increasing strength of the exciton in the optical spectra of organic solar cells will generally decrease the non-radiative voltage loss because it lowers the radiative VOC limit (VOC,rad), but not because it is more emissive. The analysis further suggests that electronic coupling between the CT state and the S1 will not improve the VOC, but rather reduce the VOC,rad. It is anticipated that only at very low CT state absorption combined with a fairly high CT radiative efficiency the solar cell benefit from the radiative properties of the singlet excitons.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Tobias FritschORCiD, J. Kurpiers, S. Roland, N. Tokmoldin, S. Shoaee, T. Ferron, B. A. Collins, S. Janietz, K. Vandewal, D. Fritsch
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Advanced Energy Materials
Jahr der Erstveröffentlichung:2022
Organisationseinheit der BAM:8 Zerstörungsfreie Prüfung
8 Zerstörungsfreie Prüfung / 8.5 Röntgenbildgebung
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Wiley-VCH
Verlagsort:Weinheim
Aufsatznummer:2200641
Erste Seite:1
Letzte Seite:11
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Angewandte Physik
Freie Schlagwörter:Open Circuit Voltage; Organic Solar Cell; Ternary; Voltage Loss
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Energie
DOI:10.1002/aenm.202200641
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-552518
ISSN:1614-6832
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:13.07.2022
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:13.07.2022
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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