Morphology, molecular stacking, dynamics and device performance correlations of vacuum-deposited small-molecule organic solar cells

文献情報

出版日 2014-03-14
DOI 10.1039/C3CP55385J
インパクトファクター 3.676
著者

Chang-Wen Chen, Zheng-Yu Huang, Yi-Min Lin, Wei-Ching Huang, Yi-Hong Chen, Joseph Strzalka, Angela Y. Chang, Cheng-Kuang Lee, Chun-Wei Pao, Hao-Wu Lin


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要旨

The “all carbon” organic solar cells (OSCs) based on the homocyclic molecule tetraphenyldibenzoperiflanthene (DBP) as a donor and C60 as an acceptor were comprehensively characterized. The optimized planar-mixed heterojunction device with a DBP:C60 mixture ratio of DBP : C60 (1 : 2) exhibited a power conversion efficiency of 4.47%. To understand why DBP possesses such advantageous characteristics, the correlations of the morphology, molecular stacking, carrier dynamics and performance of DBP:fullerene-based devices have been systematically studied. First, the face-on stacked DBP molecules could enhance both the absorption of light and the charge carrier mobility. Second, DBP : C60 (1 : 2) thin films with optimized domain sizes and partially interconnected acceptor grains led to the most balanced carrier mobility and the lowest bimolecular recombination in devices. Finally, the DBP molecules were found to stack closely using grazing incidence wide-angle X-ray scattering measurements, with a π–π stacking spacing of 4.58 Å, indicating an effective molecular orbital overlap in DBP. The study not only reveals the promising characteristics of DBP as a donor in OSCs but the clear correlations of the thin-film nano-morphology, molecular stacking, carrier mobility and charge recombination found here could also provide insights into the characterization methodology and optimization of the small molecule OSCs.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
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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