The nature of excited states in dipolar donor/fullerene complexes for organic solar cells: evolution with the donor stack size

文献情報

出版日 2016-05-20
DOI 10.1039/C6CP02296K
インパクトファクター 3.676
著者

Yuanping Yi


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要旨

Electronic delocalization at donor/acceptor (D/A) interfaces can play an important role in photocurrent generation for organic solar cells. Here, we have investigated the nature of local excited and interfacial charge transfer (CT) states in model complexes including one to four anti-parallel stacking dipolar donor (DTDCTB) molecules and one fullerene (C60) molecule by means of density functional theory (DFT) and time-dependent DFT (TDDFT). For all the donor-to-acceptor CT states, despite the number of DTDCTB molecules in the complexes, the hole is mainly localized on a single DTDCTB, and moves farther away from C60 for the energy higher level. However, the highest occupied molecular orbitals (HOMOs) and the excitonic states (EX) including the bright and dark EX are delocalized over the whole donor stacks in the complexes. This implies that the formation of ordered DTDCTB arrangements can substantially shorten the exciton diffusion process and facilitate ultrafast charge generation. Interestingly, owing to strong intermolecular Coulomb attraction, the donor-to-donor CT states are situated below the local excited states, but can approach the donor-to-acceptor CT states, indicating a weak role as charge traps. Our work would be helpful for understanding the electronic delocalization effects in organic solar cells.

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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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