Фотогенерация носителей тока в органических солнечных элементах. Роль неравновесных состояний электронов и дырок

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Рассматривается фотогенерация носителей тока в структурированных на наноуровне смесях донорного (Д) и акцепторного (А) материалов. Поглощение кванта света в одном из этих материалов создает молекулярный экситон, который может достигнуть границы раздела между Д- и А-фазами и образовать на этой границе межфазное состояние с переносом заряда (называемое также межфазным СТ-состоянием). Это состояние диссоциирует на электрон и дырку, которые сначала находятся в неравновесном, “горячем” состоянии. Предложена эмпирическая модель термализации электрон-дырочной пары в кулоновском поле. Рассчитана вероятность диссоциации СТ-состояний на свободные носители тока как функция электрического поля, эффективной температуры и длины термализации электрон-дырочной пары.

Об авторах

Л. В. Лукин

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: leonid.v.lukin@gmail.com
Россия, Москва

Список литературы

  1. Brédas J.-L., Norton J.E., Cornil J., Coropceany V. // Acc. Chem. Res. 2009. V. 42. No. 11. P. 1691. https://doi.org/10.1021/ar900099h
  2. Clarke T.M., Durrant J.R. // Chem. Rev. 2010. V. 110. № 11. P. 6736. https://doi.org/10.1021/cr900271s
  3. Sosorev A.Yu., Godovsky D.Yu., Paraschuk D.Yu. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2018. V. 20. № 5. P. 3658. https://doi.org/10.1039/c7cp06158g
  4. Лукин Л.В. // Хим. физика. 2023. T. 42. № 12. С. 54. https://doi.org/10.31857/S0207401X23120075
  5. Vandewal K. // Annu. Rev. Phys. Chem. 2016. V. 67. P. 113. https://doi.org/10.1146/annurev-physchem-040215- 112144
  6. Jailaubekov A.E., Willard A.P., Tritsch J.R. et al. // Nature Mater. 2013. V. 12. P. 66. https://doi.org/10.1038/NMAT3500
  7. Chen K., Barker A.J., Reish M.E., Gordon K.C., Hodgkiss J.M. // J. Am. Chem. Soc. 2013. V. 135. № 49. P. 18502. https://doi.org/dx.doi.org/10.1021/ja408235h
  8. Grancini G., Maiuri M., Fazzi D. et al. // Nature Mater. 2013. V. 12. № 1. P. 29. https://doi.org/10.1038/NMAT3502
  9. Bakulin A.A., Rao A., Pavelyev V.G. et al.// Science. 2012. V. 335. № 6074. P. 1340.
  10. Ohkita H., Cook S., Astuti Y. et al. // J. Am. Chem. Soc. 2008. V. 130. № 10. P. 3030.
  11. Gélinas S., Rao A., Kumar A. et al. // Science. 2014. V. 343. № 6170. P. 512 –516.
  12. Jakowetz A.C., Böhm M.L., Zhang J. et al. // J. Am. Chem. Soc. 2016. V. 138. №. 36. P. 11672. https://doi.org/10.1021/jacs.6b05131
  13. Vandewal K., Albrecht S., Hoke E.T. et al.// Nature Mater. 2014. V.13. P. 63.
  14. Servaites J.D., Savoie B.M., Brink J.B., Marks T.J., Ratner M.A. // Energy Environ. Sci. 2012. V. 5. № 8. P. 8343.
  15. Hilczer M., Tachiya M. // J. Phys. Chem. C. 2010. V. 114. № 14. P. 6808.
  16. Trukhanov V.A., Bruevich V.V., Paraschuk D.Y. // Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2011. V. 84. № 20. 205318.
  17. Wiemer M., Nenashev A.V., Jansson F., Baranovskii S.D. // Appl. Phys. Lett. 2011. V. 99. № 1. 013302. https://doi.org/10.1063/1.3607481
  18. Baranovskii S.D., Wiemer M., Nenashev A.V., Jansson F., Gebhard F. // J. Phys. Chem. Lett. 2012. V. 3. № 9. P. 1214. https://doi.org/10.1021/jz300123k
  19. Tscheuschner S., Bässler H., Huber K., Köhler A. // J. Phys. Chem. B. 2015. V. 119. № 32. P. 10359. https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.5b05138
  20. Lukin L.V. // Chem. Phys. 2021. V. 551. № 111327. https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2021.111327
  21. Devižis A., Serbenta A., Meerholz K., Hertel D., Gulbinas V. // Phys. Rev. Lett. 2009. V. 103. № 2. 027404. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.103.027404
  22. Vithanage D.A., Devižis A., Abramavičius V. et al. // Nature Commun. 2013. V. 4. № 2334. https://doi.org/10.1038/ncomms3334
  23. Melianas A., Pranculis V., Xia Y., Felekidis N., Gulbinas V., Kemerink M. // Adv. Energy Mater. 2017. V. 7. № 9. 1602143.
  24. Baranovski S., Rubel O. // Charge Transport in Disordered Solids with Application in Electronics / Ed. Baranovski. Chichester: S. John Wiley & Sons, 2006. P. 221.
  25. Onsager L. // Phys. Rev. 1938. V. 54. № 8. P. 554.
  26. Seki K., Wojcik M. // J. Phys. Chem. C. 2017. V. 121. No. 6. P. 3632.
  27. Hong K.M., Noolandi J. // J. Chem. Phys. 1978. V. 68. № 11. P. 5163.
  28. Mauzerall D., Ballard S.G. // Annu. Rev. Phys. Chem. 1982. V. 33. P. 377.
  29. Martens H.C.F., Huiberts J.N., Blom P.W.M. // Appl. Phys. Lett. 2000. V. 77. № 12. P. 1852. https://doi.org/10.1063/1.1311599
  30. Kumar A., Bhatnagar P.K., Mathur P.C., Husain M., Sengupta S., Kumar J. // J. Appl. Phys. 2005. V. 98. № 2. 024502. https://doi.org/10.1063/1.1968445
  31. Coakley K.M., McGehee M.D. // Chem. Mater. 2004. V. 16. № 23. P. 4533. https://doi.org/10.1021/cm049654n
  32. Noriega R., Rivnay J., Vandewal K. et al. // Nature Mater. 2013. V. 12. P. 1038.
  33. Devižis A., Hertel D., Meerholz K., Gulbinas V., Moser J.-E. // Organic Electronics. 2014. V. 15. № 12. Р. 3729.
  34. Mihailetchi V.D., van Duren J.K.J., Blom P.W.M. et al. // Adv. Funct. Mater. 2003. V.13. № 1. P. 43.
  35. Kobayashi S., Takenobu T., Mori S., Fujiwara A., Iwasa Y. // Sci. Technol. Adv. Mater. 2003. V. 4. № 4. P. 371.
  36. Noolandi J., Hong K.M. // J. Chem. Phys. 1979. V. 70. № 7. P. 3230.
  37. Bakulin A.A., Dimitrov S.D., Rao A. et al. // J. Phys. Chem. Lett. 2013. V. 4. № 1. P. 209. https://doi.org/10.1021/jz301883y
  38. Bakulin A.A., Silva C., Vella E. // J. Phys. Chem. Lett. 2016. V. 7. № 2. P. 250. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.5b01955
  39. Dong Y., Cha H., Zhang J. et al. // J. Chem. Phys. 2019. V. 150. № 10. 104704. https://doi.org/10.1063/1.5079285
  40. Hahn T., Geiger J., Blase X. et al. // Adv. Funct. Mater. 2015. V. 25. № 8. P. 1287. https://doi.org/10.1002/adfm.201403784
  41. Симбирцева Г.В., Пивень Н.П., Бабенко С.Д. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 4. С. 32. https://doi.org/10.31857/S0207401X22040094
  42. Герасимов Г.Н., Громов В.Ф., Иким М.И., Трахтенберг Л.И. // Хим. физика. 2021. Т. 40. № 11. С. 65. https://doi.org/10.31857/S0207401X21110030
  43. Симбирцева Г.В., Бабенко С.Д. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 12. С. 64. https://doi.org/10.31857/S0207401X23120117
  44. Marcus R.A., Sutin N. // Biochim. Biophys. Acta Rev. Bioenergetics. 1985. V. 811. № 3. P. 265. https://doi.org/10.1016/0304-4173(85)90014-X
  45. Williams R.M., Zwier J.M., Verhoeven J.W. // J. Am. Chem. Soc. 1995. V. 117. № 14. P. 4093. https://doi.org/10.1021/ja00119a025
  46. Leng С., Qin H., Si Y., Zhao Y. // J. Phys. Chem. C. 2014. V. 118. № 4. P. 1843.
  47. Yan H., Chen S., Lu M. et al. // Mater. Horiz. 2014. V. 1. № 2. P. 247. https://doi.org/10.1039/C3MH00105A
  48. Vandewal K., Tvingstedt K., Gadisa A., Inganäs O., Manca J.V. // Phys. Rev. B. 2010. V.81. № 12. 125204. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.81.125204
  49. Unger T., Wedler S., Kahle F.J., Scherf U., Bässler H., Köhler A. // J. Phys. Chem. C. 2017. V. 121. № 41. P. 22739. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.7b09213
  50. Wang Y., Cheng L.T. // J. Phys. Chem. 1992. V. 96. № 4. P. 1530.
  51. Wang Y. // J. Phys. Chem. 1992. V. 96. № 2. P. 764.
  52. Ward A.J., Ruseckas A., Kareem M.M. et al.// Advan. Mater. 2015. V. 27. № 15. P. 2496. https://doi.org/10.1002/adma.201405623
  53. Karsten B.P., Bouwer R.K.M., Hummelen J.C., Williams R.M., Janssen R.A.J. // Photochem. Photobiol. Sci. 2010. V.9. № 7. P. 1055. https://doi.org/10.1039/c0pp00098a
  54. Veldman D., Chopin S.M.A., Meskers S.C.J., Janssen R.A.J. // J. Phys. Chem. A. 2008. V. 112. № 37. P. 8617. https://doi.org/10.1021/jp805949r
  55. Liu T., Cheung D.L., Troisi A. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2011. V. 13. № 48. P. 21461. https://doi.org/10.1039/C1CP23084K

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024