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Importance of interfacial crystallinity to reduce open-circuit voltage loss in organic solar cells

DOI:10.1063/1.5114670 期刊:Applied Physics Letters 出版年份:2019 更新时间:2025-09-16 10:30:52
摘要: Reducing the energy loss in output voltage is critically important for further enhancing the ef?ciency of organic solar cells (OSCs). Here, we report that OSCs with high mobility and highly crystalline donor (D) and acceptor (A) materials were able to reduce an open-circuit voltage (VOC) loss. The crystallinity of the acceptor layer could be altered by appropriate selection of the three molecules with different alkyl side chain lengths. The VOC was found to increase as the crystallinity of the acceptor layer increased. The origin of the high VOC was that the highly crystalline D/A interface reduced the energy loss in the output voltage by realizing ideal band-to-band recombination. Especially, the high crystallinity of the several molecular layers (less than 6 nm) in the vicinity of the D/A interface was important for realizing the high VOC. Our results demonstrate that the careful design of the D/A interface enables high power conversion ef?ciencies to be achieved in OSCs by reducing open-circuit voltage loss.
作者: Seiichiro Izawa,Naoto Shintaku,Mitsuru Kikuchi,Masahiro Hiramoto
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Investigating the effect of interfacial crystallinity on reducing open-circuit voltage loss in organic solar cells to enhance their efficiency.

The study demonstrates that highly crystalline donor and acceptor materials at the D/A interface can significantly reduce open-circuit voltage loss in OSCs, achieving a VOC loss of less than 0.3 V and a fill factor of almost 0.8. The high crystallinity of several molecular layers near the D/A interface is crucial for reducing energy loss and realizing ideal band-to-band recombination, providing a pathway to achieving high power conversion efficiencies in OSCs.

The study focuses on planar heterojunction devices, which may not fully represent the complexity of bulk heterojunction structures commonly used in high-performance OSCs. The photocurrent generation is limited by exciton diffusion in the vertical direction due to the edge-on structure and alkyl side chains of the acceptor materials.

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