Reassessing the use of one-electron energetics in the design and characterization of organic photovoltaics

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出版日 2013-02-01
DOI 10.1039/C3CP50438G
インパクトファクター 3.676
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要旨

We present results showing that common approximations employed in the design and characterization of organic photovoltaic (OPV) materials can lead to significant errors in widely adopted design rules. First, we assess the validity of the common practice of using HOMO and LUMO energies in place of formal redox potentials to characterize organic semiconductors. We trace the formal justification for this practice and survey its limits in a way that should be useful for those entering the field. We find that while the HOMO and LUMO energies represent useful descriptive approximations, they are too quantitatively inaccurate for predictive material design. Second, we show that the excitonic nature of common organic semiconductors makes it paramount to distinguish between the optical and electronic bandgaps for materials design. Our analysis shows that the usefulness of the “LUMO–LUMO Offset” as a design parameter for exciton dissociation is directly tied to the accuracy of the one-electron approximation. In particular, our results suggest that the use of the “LUMO–LUMO Offset” as a measure of the driving force for exciton dissociation leads to a systematic overestimation that should be cautiously avoided.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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