High-speed and high-gain graphene photovoltaic phototransistor gated by a van der Waals heterojunction
School of Integrated Circuits and Microelectronics, State Key Laboratory of Flexible Electronics & School of Flexible Electronics, Northwestern Polytechnical University（西北工业大学集成电路与微纳电子学院、柔性电子技术研究院）；School of Physical Science and Technology, Northwestern Polytechnical University（西北工业大学物理科学与技术学院）
该研究开发了一种由MoS₂/PtSe₂异质结栅控的石墨烯光伏光电晶体管，通过光伏与光栅效应突破了二维光电晶体管的增益-速度权衡，实现了高速、高增益及宽带光电探测，为高性能二维光电晶体管提供了新范式。
2026-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Unraveling Energetic Disorder in Organic Bulk Heterojunction Photovoltaics by Capacitance-Voltage Spectroscopy
有机半导体具有内在的能量无序特性，这对于理解有机光伏（OPV）的操作和未来的优化具有非常重要的作用。我们在工作条件下进行了PIDTDTQx：PC 70 BM基有机体异质结（BHJ）光电转换器的电容-电压（C-V）测量的光照强度依赖性。高能无序配置文件的光活性层，PIDTDTQx：PC 70 BM，当涉及不同的接口显着变化。可以从C-V分布反映的能量无序的影响通过指数或高斯态密度（DOS）模型，或这两种的组合。结果表明，BHJ太阳能电池中相同的有机共混物在与各种界面相互作用时表现出不同的能量无序。因此，它可能会对OPV的性能，如开路电压（V_oc）产生一定的影响。我们的研究为器件物理学家提供了一个不同的视角，通过界面定制有机能量无序参数，以提高光电子转换效率（PCE）。
2017-06-27 cond-mat.mtrl-sci
Influence of the AlN interlayer thickness on the photovoltaic properties of In-rich AlInN on Si heterojunctions deposited by RF sputtering
研究了AlN中间层厚度（0-15 nm）对射频溅射制备的Al_（0.37）In_（0.63）N/Si异质结太阳电池光伏性能的影响。差的结带对准和界面处2-3 nm厚的非晶层的存在减轻了通过在p-Si（111）上直接沉积n-AlInN制造的器件中的响应。添加4 nm厚的AlN缓冲层可以提高AlInN的结晶质量和界面对准性，从而使器件在1个太阳的AM1.5G照明下的转换效率达到1.5%。对于较厚的缓冲层，由于通过AlN的隧道传输效率低下，性能降低。这些结果证明了利用射频溅射沉积的富In AlInN合金作为Si异质结太阳能电池的新型电子选择性接触的可行性。
2018-08-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Structural defects in MBE-grown CdTe-based heterojunctions for photovoltaic applications
本研究通过TEM和DLTS表征了MBE生长的CdTe基异质结的结构缺陷，识别了位错等缺陷导致的深能级陷阱，并指出其降低载流子寿命和太阳能电池效率。
2019-12-24 cond-mat.mtrl-sci
Origin of Charge Separation at Organic Photovoltaic Heterojunctions: A Mesoscale Quantum Mechanical View
有机光伏共混物内的电荷产生的高效率显然与新形成的电子-空穴对之间的强“经典”吸引力形成对比。几个因素已被确定为可能的促进剂的电荷解离，如量子力学的相干性和离域，结构和能量的障碍，内置的电场，纳米级的混合的供体和受体的共混物的组成部分。我们的介观量子化学模型允许一个公正的评估其相对重要性，通过激发态计算系统包含数千个供体和受体网站。几个模型异质结的结果证实，经典模型严重高估的电子-空穴对的结合能，从电子的基态的垂直激发产生的。使用物理上敏感的参数的个别材料，我们发现，量子机械能之间的差异，最低的界面电荷转移状态和完全分离的电子和空穴是热能的顺序。
2017-09-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Charge carrier induced barrier height reduction at organic heterojunctions
为了提供有机异质结器件在各种温度下在宽范围的电场上的电流密度电压（J-V）特性的精确理论描述，提出了载流子在异质结处的积累将导致跨异质结的势垒高度的降低。采用两种常见的空穴传输材料4，4，4-三（N-3-甲基苯基-N-苯基-氨基）三苯胺（MTDATA）和N，N-二苯基-N，N-双（1-萘基）（1，1-联苯基）-4，4-二胺（NPB）制备了单极异质结器件。结果表明，J-V特性对外加偏压有很强的依赖性。采用改进的注入模型对异质结器件的J-V特性进行了模拟，模拟结果与实验数据吻合良好。
2008-08-07 cond-mat.mtrl-sci
Efficient Generation of Model Bulk Heterojunction Morphologies for Organic Photovoltaic Device Modeling
动力学蒙特卡罗（KMC）模拟以前已被用于模拟和理解的本体异质结（BHJ）有机光伏器件的广泛的行为，从基本机制，以完整的设备性能。这种类型的建模技术的一个特别独特和有价值的方面是能够明确地实现这些设备中存在的双连续纳米结构形态的模型。为了这个目的，一个基于Ising的方法来创建模型BHJ形态已经变得流行。然而，这种技术在计算上可能是昂贵的，并且这种方法的详细特征尚未公布。在这里，我们进行了彻底的表征，这种方法，并描述了如何有效地产生控制模型BHJ形态。我们展示了相互作用能如何影响相互连接的域的曲折度和由此产生的电荷输运行为在KMC模拟。我们还演示了如何显着减少计算时间的几个数量级，而不会间接影响所得的形态。最后，我们提出了生成模型形态的标准条件，并介绍了一个新的开源软件工具。伊辛方法的这些发展为BHJ有机光伏器件的未来模拟和建模提供了坚实的基础，这将导致更详细地了解形态特征和器件性能之间的重要联系。
2014-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid Interface States and Spin Polarization at Ferromagnetic Metal-Organic Heterojunctions: Interface Engineering for Efficient Spin Injection in Organic Spintronics
铁磁金属-有机半导体（FM-OSC）杂化界面在有机自旋电子学中对自旋注入起着重要的作用。在这里，11，11，12，12-四氰基萘并-2，6-醌二甲烷（TNAP）被引入作为Co-OSC异质结中的界面层，目的是调节自旋注入。用X射线和紫外光电子能谱学（XPS/UPS）、近边X射线吸收精细结构（NEXAFS）和X射线磁性圆二色性（XMCD）研究了Co/TNAP界面。在Co/TNAP界面上观察到了由Co与TNAP之间的化学相互作用产生的杂化界面态（HIS）。在Co/TNAP/OSC界面处的能级取向也被获得，并且证明空穴注入势垒的降低。XMCD的结果证实了相当大的自旋极化在Co/TNAP混合界面。
2014-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Gate-tunable diode and photovoltaic effect in an organic-2D layered material p-n junction
半导体pn结是一种简单的器件结构，与电子和光电子应用密切相关。低维材料在电子电路中的成功集成为制造栅极可调谐pn结开辟了前进的道路。在这种背景下，我们提出了一种有机（铜酞菁）-2D层状材料（二硫化钼）混合pn结的栅极可调二极管特性和光伏效应。我们的原理验证器件显示出多功能特性，二极管整流因子高达10^4，而在光照下，它们表现出光响应，测得的外部量子效率约为11%。至于它们的光伏特性，我们发现开路电压高达0.6 V，光电功率转换效率为0.7%。已知有机半导体和二维材料的扩展目录提供了定制所得到的器件的性质和性能的前景，使得有机2D pn结成为未来技术应用的有希望的候选者。
2015-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Energy Level Alignment in Organic-Organic Heterojunctions: The TTF-TCNQ Interface
形成TTF-TCNQ界面的两种有机材料的能级排列通过局部轨道DFT计算分析，包括与两种材料相关的传输能隙的适当校正。这些能隙由一些实验数据和我们对TTF_{HOMO}和TCNQ_{LUMO}能级之间的差异的计算结果的组合确定。我们发现界面是金属的，正如最近的实验所预测的，由于这两个能级对应的态密度之间的重叠（和电荷转移），这表明控制TTF-TCNQ能级排列的主要机制是两种材料之间的电荷转移。我们发现一个诱导的界面偶极子为0.7 eV的实验证据符合得很好。我们还分析了TTF-TCNQ界面的电子性质作为TCNQ和TTF晶体之间的外部偏置电压Δ的函数，发现Δ~0.5 eV的金属和绝缘体行为之间的转变。
2012-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Photovoltaic effect in BiFeO3/TiO2 heterostructures tuned with epitaxial strain and an electric field
基于第一性原理计算，在可见光区，外延应变和电场可以调节BiFeO 3/TiO 2异质结的光伏效应，这表现为在拉伸应变和电场作用下异质结吸收活性的增强.这表明在双层膜的界面处存在着光子、自旋载流子、电荷、轨道和晶格之间的耦合，这使得异质结成为一种基于自旋电子学的多功能光电器件的有趣候选者。异质结构的微观机制与界面附近Fe 3d和O 2 p轨道之间的自旋转移和电荷重排密切相关。
2013-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Built-in potential and validity of Mott--Schottky analysis in organic bulk heterojunction solar cells
我们研究了聚（3-己基噻吩-2，5-二基）：[6，6]-苯基-C_（61）丁酸甲酯体异质结（BHJ）太阳能电池的脉冲光电流、温度依赖的电流-电压和电容-电压测量。我们表明，Mott-Schottky（MS）分析从无机器件到有机BHJ太阳能电池的直接转移通常不适合确定内置电位，因为所得电位取决于有源层厚度。脉冲光电流测量使我们能够直接研究的情况下，准平带（QFB）的太阳能电池的大部分。它远低于内建电位，并通过接触处的扩散诱导带弯曲而不同。与MS分析相反，相应的电势与活性层厚度无关，因此与MS分析相比，它是BHJ太阳能电池本体中平带条件的更好测量。
2011-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Exciton delocalization incorporated drift-diffusion model for bulk-heterojunction organic solar cells
电荷产生过程的模拟对于理解体异质结有机太阳能电池的器件物理特性和优化其能量转换效率具有重要意义。自由载流子是由异质结界面处的超快激子离域和慢激子扩散和解离产生的。在这项工作中，我们开发了一个系统的数值模拟来描述的电荷产生过程的修改漂移扩散模型。自由载流子的传输、复合和收集被并入以完全捕获器件响应。理论结果与最先进的高性能有机太阳能电池相匹配。结果表明，激子离域比的增加减少了激子扩散-解离过程中的能量损失，从而显著提高了器件效率，特别是对短路电流的影响。通过改变激子离域比，全面研究了短路和开路条件下的OSC性能。特别是，揭示和理解体复合依赖的填充因子饱和。作为离域机制的基本电学分析，我们的工作对于理解和优化高性能OSC具有重要意义。
2016-12-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Graphitic-C3N4/TiO2(B) S-scheme Heterojunctions for Efficient Photocatalytic H2 Production and Organic Pollution Degradation
Liaoning Normal University（辽宁师范大学）；Dalian Minzu University（大连民族大学）
本研究通过耦合TiO2(B)纳米棒与g-C3N4纳米片构建S方案异质结，实现宽光谱吸收和强氧化还原能力，提升氢气生产和有机污染物降解效率。
2026-03-30 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Relation of open circuit voltage to charge carrier density in organic bulk heterojunction solar cells
通过对P3 HT：PCBM和P3 HT：bisPCBM太阳能电池的电流-电压和电荷提取测量，测量了开路电压Voc和相应的载流子密度与温度和光照强度的依赖性。在较低的温度下，观察到饱和的Voc，这可以通过接触处的能量势垒（金属-绝缘体-金属模型）来解释。这种注入势垒也可以影响室温下的Voc，并限制工作太阳能电池的性能，这是通过对温度依赖性IV特性的宏观器件模拟来保证的。然而，在大多数条件下-室温和低势垒- Voc由有效带隙给出。
2011-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Optical properties of recent non-fullerene molecular acceptors for bulk heterojunction solar cells
多年来，有机光致发光的信念一直与富勒烯联系在一起，因为富勒烯被认为是异质结太阳能电池的电子受体。在过去的几年里，在取代富勒烯方面具有竞争力的分子数量显着增加。在这项工作中，我们研究了通过不同的理论方法，已被证明有效地作为受体在有机异质结中的五个分子。我们讨论了模拟吸收光谱与实验光谱的比较。
2020-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Effect of doping on performance of organic solar cells
平面和本体异质结有机太阳能电池的传统模型已经通过在活性层中引入掺杂而扩展。我们已经研究了有机太阳能电池的性能作为掺杂剂浓度的函数。对于本体异质结电池，建模表明，对于大多数研究的材料对（聚-3-己基噻吩，P3 HT，和苯基-C61-丁酸甲酯，PCBM）掺杂降低短路电流密度（JSC），填充因子（FF）和效率。然而，如果本体异质结电池未被优化，即，在低载流子迁移率、不平衡迁移率或非欧姆接触下，则可以通过掺杂来提高效率。对于平面异质结电池，建模表明，如果受体层是n掺杂的，并且供体层是p掺杂的，则可以通过掺杂来增加开路电压、JSC、FF以及因此的效率。相反，当受体为p掺杂，而供体为n掺杂时，FF随着掺杂剂浓度的增加而迅速减小，使得电流-电压曲线变为S形。我们还表明，非欧姆接触的平面异质结电池的性能上的不利影响，可以强烈削弱掺杂。
2011-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Perovskite Phase Heterojunction Solar Cells
本研究提出利用同一材料的两种多晶型物构建相异质结太阳能电池的概念，制备出γ-CsPbI₃/β-CsPbI₃钙钛矿相异质结电池，实现20.1%的最高功率转换效率，为多晶型材料基光伏器件开发提供新方向。
2024-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Absence of Structural Impact of Noble Nanoparticles on P3HT: PCBM Blends for Plasmon Enhanced Bulk-Heterojunction Organic Solar Cells Probed by Synchrotron Grazing Incidence X-Ray Diffraction
在供体-受体体异质结有机光伏器件的活性区域中掺入显示局部表面等离子体共振的贵金属纳米颗粒是工业上兼容的光捕获策略，能够保证更好地吸收入射光子并给出12%至38%之间的效率提高。本文利用同步辐射掠入射X射线衍射研究了Au和Ag纳米粒子与P3 HT：PCBM共混对P3 HT结晶动力学的影响。我们得出结论，在P3 HT：PCBM共混物中以低于0.3wt%的不同浓度存在（1）80 nm Au，（2）5 nm、50 nm、80 nm Au的混合物，（3）40 nm Ag，和（4）10 nm、40 nm、60 nm Ag胶体纳米颗粒，不影响共混物本身的行为。
2014-10-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Charge-Transfer State Dynamics Following Hole and Electron Transfer in Organic Photovoltaic Devices
在有机基光伏器件中，束缚电子-空穴对（也称为电荷转移（CT）状态）的形成是阻碍性能的主要损耗机制之一。虽然电子从供体转移到受体后的CT态动力学已被广泛研究，但关于空穴从受体转移到供体所产生的束缚CT态的动力学知之甚少。在这封信中，我们比较了在不同的电荷转移途径在一系列的模型系统中形成的CT状态的动态。我们表明，所产生的CT状态的性质和动力学是类似的情况下，电子和空穴转移。然而，结合和自由电荷的产率被观察到强烈依赖于HOMOD-HOMOA和LUMOD-LUMOA的能量差的材料系统。我们提出了一个定性的模型，在该模型中的静态无序和采样的状态在放松的影响确定访问CT状态有利于电荷分离的概率。
2013-10-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic field enhancement of organic photovoltaic cells performance
电荷分离是实现有机光伏电池高效率的关键过程。初始紧密结合的激子电子-空穴对必须足够快地解离，以避免光电流产生，从而避免经由成对复合的功率转换效率损失。这样的过程发生的过渡状态之间的初始激子和自由电荷状态的帮助。由于自旋守恒规则，这些中间电荷转移态通常具有单重态特征。在这里，我们提出了一个通用的有机光伏电池的供体-受体模型，其中的电荷分离的过程是由一个磁场，调谐的能级调制。磁场的作用是通过系统间的交叉加强具有三重态特征的电荷转移态的产生。由于系统的基态具有单重态特征，因此三重态受到复合保护，从而导致成功电荷分离的更高概率。使用开放量子系统的形式主义，我们证明，不仅人口的三重态电荷转移态的增长，在存在的磁场，但也如何的功率输出的有机光伏电池是以这种方式增加。
2017-01-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
CTRAMER: An open source software package for correlating interfacial charge transfer rate constants with donor acceptor geometries in organic photovoltaic materials
在本文中，我们提出了CTRAMER（电荷转移速率从分子动力学，电子结构和速率理论），一个开源的软件包计算界面电荷转移（CT）速率常数的有机光伏（OPV）材料的基础上从头计算和分子动力学模拟。该软件的基础上，确定从分子动力学模拟的供体-受体共混物的界面结构内的代表性的供体-受体几何形状和计算相应的费米黄金法则CT速率常数的框架内的线性化半经典近似。虽然所使用的方法是完善的，这些国家的最先进的想法从不同的学科研究光致CT之间的激发态和明确的环境的整合，在我们看来，使这个包独特和创新。该软件还提供了绘制其他感兴趣的观测值的工具。概述的功能和实施细节后，使用和性能的软件演示了一个例子OPV系统的结果。
2021-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High Open-circuit Voltage of Graphene-Based Photovoltaic Cells Modulated by Layer-by-Layer Transfer
石墨烯以其优异的电子性能在未来的纳米电子器件中显示出巨大的应用前景。此外，其令人印象深刻的光学特性一直吸引着研究人员的兴趣，最近，嵌入了几层石墨烯（FLG）的异质结结构的光伏效应已经得到证实。在这里，我们报告的石墨烯半导体结的光伏响应和控制的开路电压（Voc）与不同数量的石墨烯层。在通过化学生长的石墨烯层的逐层转移制备的FLG中通过原位退火去除可吸附的污染物之后，FLG的功函数随着石墨烯层的增加而连续增加，尽管层间堆叠是随机的，导致FLG/Si界面的光伏行为的调制。这里观察到的表面光伏效应显示了FLG异质结系统中深度方向上的电子重新排列，表明利用FLG优异的透明度和柔性的太阳能器件的未来潜力。
2010-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Donor and acceptor levels of organic photovoltaic compounds from first principles
准确有效地预测有机半导体化合物的光学性质可以加速寻找高效的有机光伏材料。然而，传统的第一性原理计算的不准确性或计算成本一直困扰着有机半导体的光学性质的预测。在这项工作中，我们证明了基于Koopmans条件的轨道依赖密度泛函理论[Phys.Rev.B82，115121（2010）]适合于描述各种有机分子，簇和低聚物的供体和受体能级，相对于实验，这是可比的预测性能的多体微扰理论方法的计算成本的一小部分。
2012-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast charge separation in organic photovoltaics enhanced by charge delocalization and vibronically hot exciton dissociation
在有机光致发光中，克服库仑吸引力产生自由电子和空穴的机制是目前争论很大的话题。为了在分子水平上阐明这一机制，我们进行了一个组合的电子结构和量子动力学分析，捕获的基本事件从激子解离的自由载流子产生在聚合物/富勒烯供体-受体异质结。我们的计算表明，实验观察到的有效的电荷分离可以解释为两种效果的组合：第一，电荷的离域，大大降低了库仑势垒，第二，振动热性质的电荷转移状态，促进电荷解离超越障碍。这些效应促进了超快的电荷分离，即使在低频带偏移异质结。
2013-09-11 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Influence of Phase Segregation on Recombination Dynamics in Organic Bulk-Heterojunction Solar Cells
研究了聚（2，5-双（3-十二烷基噻吩-2-基）噻吩并[2，3-b]噻吩）（pBTCT-C12）：[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯（PC61 BM）共混体系（给体-受体比分别为1：1和1：4）有机体异质结太阳能电池中载流子的复合动力学。采用线性升压载流子引出技术（photo-CELIV）和时间分辨微波电导率（TRMC）作为局部探针。我们在光CELIV实验中观察到初始提取的载流子浓度相差一个数量级，我们将其归因于1：1 pBTCT-C12：PC 61 BM本体异质结太阳能电池中由于具有隔离相区域的精细互穿网络而增强的成对复合。相比之下，1：4共混装置中的广泛相分离导致有效的极化子产生，从而导致太阳能电池的短路电流密度增加。对于这两个研究的比率的极化子的双分子复合被发现使用的互补实验。温度低于300 K时，载流子的衰变级数为2以上，这可以用俘获电荷的释放来解释。这种机制导致延迟的双分子复合过程。实验结果可以推广到所有的聚合物：富勒烯共混体系允许相分离。
2011-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Functionality-directed Screening of Pb-free Hybrid Organic-inorganic Perovskites with Desired Intrinsic Photovoltaic Functionalities
杂化有机-无机钙钛矿的材料类别已经从短短7年前光伏应用中几乎未知的材料迅速上升为约20%效率的薄膜太阳能电池材料。作为有前途的这类材料是，但是，有其长期稳定性差，非最佳的带隙，存在对环境有毒的铅元素等的限制，我们在这里申请的功能导向的理论材料选择方法作为过滤器的化合物，满足所需的固有光伏功能，并可能克服上述限制的初始筛选。采用第一性原理计算，系统研究了数百种候选杂化钙钛矿的热力学稳定性和光致发光相关性质。我们已经确定在此材料选择过程中，十四锗和锡基材料具有潜在的优越的体材料本征光伏性能。一类独特的化合物含有NH3 COH $^+$与有机分子衍生的状态有趣地出现在带边found. Comparison的各种候选材料提供的见解如何组成的变化和微观结构的变化影响关键光伏相关性能在这个家庭的材料。
2016-12-06 cond-mat.mtrl-sci
Formation of crystalline bulk heterojunctions in organic solar cells: insights from phase-field simulations
有机太阳能电池的性能在很大程度上取决于光活性层的体异质结（BHJ）形貌。这种BHJ在湿沉积溶液的干燥过程中形成，这是由于诸如结晶和/或液液相分离（LLPS）的物理过程。然而，过程-结构关系仍然没有得到充分的理解。在这项工作中，最近开发的，耦合相场流体力学框架被用来模拟BHJ形成干燥后。对于第一次，这允许调查所有相关的物理过程（蒸发，晶体成核和生长，液体分层，组合物依赖的动力学特性）之间的相互作用，在一个单一的连贯的理论框架。对模型系统P3 HT-PCBM进行了仿真。与先前报道的干燥结构的原位表征的比较是非常有说服力的：形态形成途径，结晶动力学，和最终形态是符合实验结果。最终的BHJ形态是纯晶体施主相和受主相、纯非晶畴和混合非晶畴的微妙混合物，这取决于工艺参数和材料性质。这种方法的预期益处是确定用于油墨配方和加工条件的物理设计规则，以优化电池性能。它可以在未来应用于最近的有机材料系统。
2022-09-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Nongeminate Recombination in Planar and Bulk Heterojunction Organic Solar Cells
本文研究了酞菁铜（CuPc）和C $_{60}$有机太阳能电池中的非共轭复合。两种器件结构，平面异质结（PHJ）和体异质结（BHJ），直接比较鉴于载流子衰减动力学的差异。我们应用瞬态光电压（TPV）实验的组合，产生的小扰动载流子寿命，和电荷提取测量，提供的载流子密度。在有机太阳能电池中，电荷光生和复合主要发生在供体-受体异质界面处。而BHJ往往可以近似为一个有效的介质，由于相当小的规模相分离，PHJ有一个明确的二维异质界面。为了研究PHJ器件中的复合动力学，最相关的是在该界面处的电荷积累。从提取技术，只有空间平均载流子浓度可以确定，我们得出的电荷载流子密度在界面$n_{int}$从开路电压。通过与宏观器件模拟结果的比较，讨论了CuPc：C $_{60}$ PHJ和BHJ器件中复合和载流子密度的差异对器件性能的影响。在低光强度下，BHJ的开路电压大于PHJ的开路电压，但在0.3太阳下，情况相反：在这里，PHJ最终可以利用其通常较长的载流子寿命，因为活性复合区域较小。
2021-06-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Design and manipulation of high-performance photovoltaic systems based on two-dimensional novel KAgSe/KAgX(X=S,Te) van der Waals heterojunctions
本文提出一族二维KAgSe/KAgX范德华异质结，基于第一性原理证实其具有II型能带排列等优异光电特性，并发现垂直电场可诱导能带相变、将功率转换效率提升至23%及产生光电流红移峰，为2D光伏系统设计提供新机制。
2023-06-28 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Role of structural fluctuations and environmental noise in the electron/hole separation kinetics at organic polymer bulk-heterojunction interfaces
采用混合分子力学/量子力学（MM/QM）方法研究了由聚亚苯基亚乙烯（PPV）齐聚物和[6，6]-苯基C61-丁酸甲酯（PCBM）共混物组成的模型有机光伏（OPV）体系的电子动力学行为.使用一个启发式模型，连接能隙波动的平均电子耦合和退相干时间，我们提供了一个估计的状态到状态的内部转换率的最低的几个电子激发的歧管内。我们发现模型界面的最低几个激发态被C=C键涨落快速混合，使得系统可以在20 fs的时间尺度上同时采样分子间电荷转移和电荷分离电子组态。我们的模拟支持一个新兴的图片中的OPV系统，界面电子状态可以迅速衰减到电荷分离和电流产生状态，通过耦合到振动自由度的载流子生成。
2015-09-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Coupled opto-electronic simulation of organic bulk-heterojunction solar cells: parameter extraction and sensitivity analysis
计算机模拟中出现的一个普遍问题是材料和器件参数的数量，这些参数必须通过专门的实验和基于模拟的参数提取来确定。在这项研究中，我们分析了在聚（3-己基噻吩）：[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯（P3 HT：PCBM）为基础的太阳能电池的活性层厚度和电流-电压曲线的短路电流的依赖性的测量。我们已经确定了一组参数值，包括描述实验数据的解离参数。我们的模型与实验的整体协议是好的，然而，在厚度依赖的电流-电压曲线的差异问题的电场在解离过程中的影响。此外，瞬态模拟分析表明，测量的关断光电流可以用于估计载流子迁移率。
2009-11-15 cond-mat.mtrl-sci
First-principles GW calculations for fullerenes, porphyrins, phtalocyanine, and other molecules of interest for organic photovoltaic applications
我们评估的性能从头计算的电离能和HOMO-LUMO间隙的13个气相分子的兴趣为有机电子和光伏应用，包括C60富勒烯，并五苯，自由基卟啉和酞菁，PTCDA，和标准单体，如噻吩，芴，苯并噻唑或噻二唑。标准的G 0 W 0计算，即从本征态得到的局部或半局部泛函，显着提高电离能和带隙相比，密度泛函理论Kohn-Sham的结果，但计算的准粒子值仍然太小，作为过屏蔽的结果。从类Hartree-Fock特征值出发，得到了更好的结果，相当于对特征值进行了自洽，与实验结果相比，精度为2~4%.我们的计算是基于一个有效的高斯基础上实现GW的动态筛选，通过轮廓变形技术的显式治疗。
2010-11-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Energetic disorder induced leakage current in organic bulk heterojunction solar cells: comprehending the ultra-high open circuit voltage loss at low temperatures
在有机本体异质结太阳能电池中，开路电压（$V_\mathrm{oc}$）在低温下遭受超高损耗。在这项工作中，我们调查的损失的来源，通过计算的$V_\mathrm{oc}-T$图与设备模型的方法系统和比较它与实验观察。当考虑到无序抑制和温度依赖的载流子迁移率的模型中纳入的能量的障碍，它被发现，对于非选择性接触的$V_\mathrm{oc}$急剧减少下的低温制度，而选择性接触的$V_\mathrm{oc}$保持增加，随着温度的降低。其主要原因是随着温度的降低，迁移率的降低导致光生载流子的电荷提取效率和双分子复合率降低，从而使光生载流子从错误的电极中被提取出来，形成漏电流，该漏电流与光电流相抵消，并随电压的升高而迅速增大，导致$V_\mathrm{oc}$的反常还原.此外，据透露，电荷产生率是随温度缓慢变化，并不会引起显着的$V_\mathrm{oc}$损失。这项工作还提供了一个全面的图片$V_\mathrm{oc}$的行为在不同的设备工作条件下。
2016-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Quantum Mechanical Assessment of Optimal Photovoltaic Conditions in Organic Solar Cells
蒸发损失有助于降低有机太阳能电池的$J_{SC}$、$V_{OC}$和填充因子。然而，非富勒烯有机光致发光材料的最新进展表明，在小能量驱动力（$ΔE_{DA}$）和低复合损失下可以发生有效的电荷产生。为了阐明这个问题，我们建立了一个粗粒度的开放量子力学模型，用于研究各种能量损失机制下的电荷产生动力学。分析了高能驱动力、库仑相互作用、振动无序、孪晶复合、温度和外加偏压等因素对载流子产生的影响。评估表明，整体能量损失不仅最小化时，$ΔE_{DA}$的方法在界面处的有效重组能，但也变得不敏感的温度和电场的变化。还观察到，一个温和的反向偏置减少双生复合损失显着消失的驱动力，其中的电荷产生强烈受温度的影响。
2022-10-22 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Energetic Disorder on the Open-Circuit Voltage in Organic Bulk Heterojunction Composites
在开路条件下，电流不被提取，并且光生载流子原则上仅通过复合而消失。利用多重俘获模型研究了含能无序介质中体复合效应下的开路电压$V_{\rm OC}$和瞬态光电压。MT模型中的关键参数是色散参数$α$，它由热能与陷阱态特征能的比值给出。我们发现，$V_{\rm OC}$线性依赖于光强度的对数和斜率依赖于MT模型的$α$。在连续光照射下，光电压对脉冲光的微弱扰动响应服从伪一级衰减。作为$V_{\rm OC}$函数的速率与色散参数无关。然而，它服从作为光强度的函数的幂律，并且指数由$1/(1+α)$给出，在没有能量无序的情况下，其减少到1/2。
2013-10-04 cond-mat.mtrl-sci
In situ photoluminescence and Raman study of nanoscale morphological changes in organic photovoltaics during solvent vapor annealing
报道了有机聚（3-己基噻吩）（P3 HT）+苯基-C61-丁酸甲酯（PCBM）器件在室温下暴露于溶剂蒸气中的光伏效率的提高（从1.2%提高到3%）。原位光致发光（PL）和拉曼光谱，结合光学吸收数据，已被用来提供洞察溶剂蒸气退火过程中发生的纳米级形态变化。我们发现，在P3 HT：PCBM中，PL的抑制和1442 cm-1 P3 HT拉曼峰的线宽的减小伴随着溶剂蒸气退火过程中的光学吸收光谱的强烈修改，与仅P3 HT膜的测量相反。我们将这些观察归因于PCBM的分层和随后的P3 HT在共面共轭段中的堆叠，类似于在热退火期间观察到的。
2007-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Technology ready use of single layer graphene as a transparent electrode for hybrid photovoltaic devices
石墨烯最近已被用作有机光伏器件的透明电极的氧化铟锡（ITO）的替代物。由于其有限的供应，ITO被认为是有机太阳能电池商业化的限制因素。我们探索了通过化学气相沉积（CVD）在铜上生长的大面积石墨烯的使用，然后将其转移到玻璃基板上作为替代透明电极。通过扫描拉曼光谱测量显示转移的膜由>90%的单层石墨烯组成。光学光谱测量表明，层转移的石墨烯在532 nm的波长处具有1.23%的吸光度。我们利用这种材料作为电极制作了有机杂化太阳能电池，并将其性能与使用相同程序制作的ITO器件进行了比较。我们展示了高达3.98%的功率转换效率，高于ITO器件（3.86%），表明层转移石墨烯有望成为太阳能电池技术中透明电极的高质量，低成本，柔性材料。
2011-10-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Visualising the Vertical Energetic Landscape in Organic Photovoltaics
有机电子器件中的能级图在器件性能和器件物理解释中起着至关重要的作用。在有机太阳能电池的情况下，使用在各个共混物组分上测量的能量值来估计供体：受体共混物的光伏间隙已经成为常规，导致与器件的相应开路电压的一致性差。为了解决这个问题，我们开发了一种方法，允许直接可视化的垂直充满活力的景观的混合，通过结合紫外光电子能谱和氩原子簇蚀刻。我们调查模型和高性能的光伏系统，并证明由此产生的光伏间隙与测量的CT能量和开路电压密切一致。此外，我们表明，这种方法使我们能够研究环境退化后的充满活力的景观的演变，理解退化机制和缓解策略的发展至关重要。
2020-07-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Investigation of electronic trap states in organic photovoltaic materials by current-based deep level transient spectroscopy
利用基于电流的深能级瞬态谱研究了聚（3-己基噻吩-2，5-二基）（P3 HT）、[6，6]-苯基-C61丁酸甲酯（PCBM）以及P3 HT：PCBM共混体系的陷阱态.得到的光谱显示陷阱的87毫电子伏的活化能在纯P3 HT和21毫电子伏的PCBM。该混合物显示出一个复杂的发射速率谱，由几个不同的发射速率带组成，发射速率范围在（0.1-30）s^-1之间，产生的激活能在30 meV到160 meV之间。
2012-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Insights into the Mechanical Properties of Polymer-Fullerene Bulk Heterojunctions for Organic Photovoltaic Applications
我们采用粗粒分子动力学模拟研究了由区域规整的聚（3-己基噻吩）（P3 HT）和富勒烯C $_{60}$组成的$π$共轭聚合物材料的力学性能。具体而言，我们进行拉伸模拟P3 HT：C $_{60}$复合材料与不同程度的聚合和C $_{60}$质量分数，以获得其应力-应变响应。分解成动能和维里贡献的应力张量表明，纯P3 HT样品的拉伸模量在很大程度上依赖于非键合的相互作用和键合的相互作用与键拉伸，而除了C $_{60}$导致的拉伸模量的增加源自增强的非键合的相互作用与C $_{60}$。此外，P3 HT：C $_{60}$样品的拉伸强度与分子链缠结良好相关，分子链缠结的特征在于从原始路径分析获得的每条链的平均扭结数。我们还发现，上，下屈服点特征的应变软化变得更加明显的C $_{60}$质量分数的增加。持久同源性分析表明，屈服点的出现与拉伸变形过程中的微孔合并，导致产生更大的空洞。这些结果提供了一个基本的理解的分子决定因素的$π$共轭聚合物-富勒烯复合材料的机械性能，这也可以帮助解释和预测的机械性能的其他聚合物复合材料含有富勒烯。
2021-01-08 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Enhancement of photovoltaic efficiency by insertion of a polyoxometalate layer at the anode of an organic solar cell
在这篇文章中，Wells-Dawson聚氧乙烯醚K6[P2 W 18 O 62]生长作为铟锡氧化物和聚（3-己基噻吩）（P3 HT）和[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯（PCBM）的体异质结之间的界面层。POM层的结构取决于厚度，并显示出高度各向异性的表面组织。薄膜的特征在于原子力显微镜和X射线光电子能谱学（XPS），以深入了解其宏观组织，更好地了解其电子性能。然后，将它们放置在P3 HT：PCBM有机太阳能电池的阳极界面上，并在光学工作台上进行表征。讨论了在有机光电池的阳极界面处的聚氧乙烯酸盐的益处方面的光伏效率。
2018-06-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Theoretical limit of power conversion efficiency for organic and hybrid halide perovskite photovoltaics
我们计算的最大功率转换效率作为有机光伏（PV）电池的光学带隙的函数，通过假设电荷分离伴随着所需的能量损失解离强烈结合的电荷对。解离能可以从开路电压（VOC）和光学带隙（Eg）之间的关系估计。通过分析已发表的VOC和Eg数据，可以估计解离能。这一结果对选择给体和受体材料具有指导意义。我们还研究了混合卤化物钙钛矿的功率转换效率的理论极限，通过考虑到从钙钛矿相到金属氧化物电荷传输层的载流子转移中涉及的能量损失。
2015-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Polymer-Fullerene Bulk Heterojunction Solar Cells
有机太阳能电池是一种低成本、高效率的太阳能转换器，具有良好的能量平衡性。它们由碳基半导体制成，具有良好的光吸收和电荷产生特性，并且可以通过低温工艺制造，例如使用溶剂型油墨印刷，这些油墨与柔性塑料基板甚至纸张兼容。在这篇综述中，我们将概述有机太阳能电池的物理功能，其最先进的性能和局限性，以及实现更好的材料稳定性和更高的功率转换效率的新概念。我们亦会因应市场的潜力，简要检讨有关工序及成本。
2010-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Organic photovoltaics without p-n junctions: Computational study of ferroelectric columnar molecular clusters
在Hartree-Fock水平上研究了由苯三甲酸（B3 CA）n构筑的铁电柱状团簇的结构和电子性质.结果表明，B3 CA堆栈形成螺旋形的分子管，分子间的氢键稳定。它进一步表明，由单轴排列的羧基基团产生的强电场可以分裂成一个电子-空穴对的光学制备的激子，并可以驱动的载流子的相对两端的管。一些后果的现象光伏应用进行了讨论。
2015-07-10 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
High Photovoltaic Quantum Efficiency in Ultrathin van der Waals Heterostructures
我们报告了对具有超过50%的外量子效率的双（< 15 nm）范德华异质结构的实验测量，并且表明这些结构可以实现> 90%的实验吸收。通过耦合电磁模拟和实验测量，我们表明，pn WSe 2/MoS 2异质结垂直载流子收集可以有超过70%的内部光生载流子收集效率。
2017-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Achieving balanced open circuit voltage and short circuit current by tuning the interfacial energetics in organic bulk heterojunction solar cells: A drift-diffusion simulation
在有机本体异质结太阳能电池中，发现供体/受体界面能量偏移（$ΔE$）为有效的电荷分离提供驱动力，这引起高短路电流密度（$J_\mathrm{sc}$），但是高$ΔE$不可避免地破坏开路电压（$V_\mathrm{oc}$）。本文采用器件模型方法，计算了两种不同电荷分离机制下的稳态电流密度-电压（$J-V$）和$J_\mathrm{sc}-ΔE$曲线，探讨了同时实现大规模$V_\mathrm{oc}$和$J_\mathrm{sc}$所需的最佳驱动力。在Marcus电荷转移机制下，随着$ΔE$的增加，Jsc对于$ΔE\leq 0.2$ eV迅速增加，然后在Marcus反转区域处减小之前保持几乎恒定的值，这是由于未解离的激子在其寿命内的积累，并且有利于在远小于重组能$λ$的$ΔE$下获得相当大的$J_\mathrm{sc}$。对于以驱动力作为可达电荷分离态的能量窗口的相干电荷转移机制，在两种典型的电荷转移激子态密度下，如果高比例地收获高位离域态，则在0.2\，eV的小$ΔE$下也可以获得最高的$J_\mathrm{sc}$.本工作证明了最佳驱动力为0.2\，eV的存在，并为设计界面能学以实现高平衡的$J_\mathrm{sc}$和$V_\mathrm{oc}$提供了一些指导。
2018-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Characterization of solution processed TiOx buffer layers in inverted organic photovoltaics by XPS and DFT studies
我们提出的XPS测量结果（核心水平和价带）的溶液处理的TiO x薄膜制备的丁醇钛（C16 H36 O 4 Ti）在异丙醇中稀释，这是一个常见的溶胶-凝胶路线，用于制造TiO x电子选择性接触ITO/TiO x倒置的有机光致发光底部电极。XPS Ti 2 p和价带谱显示了在Si上沉积的丁醇钛的谱中不存在的附加特征的存在，并且归因于ITO/TiOx中Ti^{3+}价态的出现。这一结论得到了化学计量比TiO 2和缺氧TiO_{2-1/8}的密度泛函理论电子结构计算的证实。XPS C 1 s测量显示C-O和O-C=O键的形成，这证明存在残余碳，其可以从膜网络中吸收氧并诱导TiOx膜中的Ti 3+态的形成。
2014-11-06 cond-mat.mtrl-sci
Network analysis of the performance of organic photovoltaic cells: The open circuit voltage and the zero current efficiency
光电池中的光伏能量转换已经通过细致平衡方法或通过热力学参数来分析。在这里，我们引入了一个网络表示，一旦一个合适的动力学模型（表示在不同的系统状态的空间中的主方程）已被构建，这样的系统的性能进行分析。这种网络表示允许将稳态动态分解成循环，其特征在于它们的循环亲和力。在零亲和力极限下获得装置的最大可实现效率。这种方法被应用到分析的微观模型的本体异质结有机太阳能电池，其中包括基本的光学和界面的电子过程，该系统的特点，导致在这样的系统中的理论效率极限的明确表达。特别是，从卡诺效率与激子结合能的偏差进行了量化。
2014-05-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Effect of Disorder on Free Energy and Open-Circuit Voltage of Organic Photovoltaic Systems
有机光伏器件（OPV）正变得具有足够的成本和能源效率，被认为是一项良好的投资，因此，对它们的操作有一个具体的了解尤为重要。我们计算了不同程度的结构无序的模型施主-受主晶格系统的电荷转移（CT）态的能量，以研究材料性质的波动如何影响电子-空穴分离。我们还演示了如何适当的CT能量统计处理恢复实验观察到的“热”和“冷”激子解离途径。使用一个模型异质结界面的量子力学模型，我们恢复实验值的开路电压在50和100毫电子伏的网站能量的障碍。我们发现，充满活力的和构象的障碍一般有利于电荷转移，但是，由于光激发提供的过剩能量，高能电子空穴对可以在不利的方向解离，可能永远不会有助于光电流。我们发现，“冷”激子遵循的自由能曲线定义在设备的工作温度。我们的研究结果提供了一个统一的图片连接各种建议的电荷分离机制。
2017-12-28 cond-mat.mtrl-sci
Generative Machine Learning Models for the Deconvolution of Charge Carrier Dynamics in Organic Photovoltaic Cells
UNSW（新南威尔士大学）
提出机器学习框架eta-LLODE，从P3HT:PCBM电池的时间分辨电荷提取测量中解耦并重建电荷载流子提取动力学，通过可解释潜在空间支持实验条件插值与外推，为太阳能电池器件研究提供预测工具。
2025-11-02 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
High Performance Inverted Organic Photovoltaics Without Hole Selective Contact
本文详细研究了以裸露的银触点作为上电极的倒置有机光致发光器件（OPV）的功能。没有空穴传输层（HTL）的倒置OPV在环境条件下暴露后在空穴载流子选择性和功率转换效率（PCE）方面表现出显著的增益。由ITO/ZnO/聚（3-己基噻吩-2，5-二基）：苯基-C61-丁酸甲酯（P3 HT：PCBM）/Ag组成的倒置OPV仅在器件暴露于空气中超过4天时才表现出超过3.5%的功率转换效率。正如通过一系列测量得出的结论，氧气的存在对于获得完全可操作的太阳能电池设备而不具有HTL是必不可少的。此外，在湿热条件（RH=85%和T= 65 ° C）下对未包封的OPV进行的加速稳定性测试表明，不含HTL的倒置OPV表现出与参比倒置OPV相当的稳定性。重要的是，它表明，裸露的银顶部电极可以有效地用于倒置的OPV使用各种高性能聚合物：富勒烯本体异质结材料系统，展示6.5%的功率转换效率。
2016-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Dynamics of the sub-ambient gelation and shearing of solutions of P3HT incorporated with a non-fullerene acceptor o-IDTBR towards active layer formation in bulk heterojunction organic solar cells
有机太阳能电池（OSC）含有由共轭聚合物如聚（3-己基噻吩）（P3 HT）和电子受体分子的纳米结构共混物组成的活性层，具有与硅基光伏板竞争的潜力。然而，这一潜力尚未实现，主要是由于相关的生产和稳定性问题。通常用于制造有机太阳能电池的旋涂工艺不能按比例放大。最近，他等人，已经报道了P3 HT与[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯（PC60 BM）在低于环境温度的条件下的凝胶化可以为有机太阳能电池的加工提供基于连续挤出/涂覆的途径，并且P3 HT/PC60 BM活性层的功率转换效率（PCE）的增加在P3 HT/PC60 BM凝胶的某些剪切和热历史下是可能的。在这里，振荡和稳定的扭转流被用来研究凝胶形成动力学的P3 HT与最近提出的非富勒烯o-IDTBR在亚环境条件下。通过小振幅振荡剪切确定的线性粘弹性材料功能的基础上定义的凝胶强度被观察到的P3 HT和o-IDTBR浓度，所用的溶剂和剪切条件的函数。总体而言，在小振幅振荡剪切过程中，发现淬火至零度以下温度后形成的凝胶是稳定的（线性粘弹性范围），但即使在与稳定扭转流相关的相对低的剪切速率下也会破裂，这表明在P3 HT与小分子受体共混物的凝胶加工过程中使用的剪切条件可以改变凝胶结构并可能影响所得的活性层性能
2020-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Assessment of the notions of band offsets, wells and barriers at nanoscale semiconductor heterojunctions
外延生长的半导体异质结构提供了以非常受控的方式定制载流子的潜在景观的可能性。在平面晶格匹配的异质结构中，电势确实具有非常简单且容易预测的行为：除了在界面处存在台阶（不连续性）之外，它在任何地方都是恒定的，而台阶（不连续性）仅取决于接触的半导体的组成。在本文中，我们证明了这种普遍接受的图像在纳米异质结构中可能是无效的（例如，量子点、棒、纳米线），其目前可以以多种形式制造。应用于包含多达75000个原子的系统的自洽紧束缚计算确实表明，在轴向异质纳米结构中，势可能具有更复杂的行为：如果纳米结构没有被均匀的壳覆盖，则带边可以显示出远离界面的显著变化。这些结果提出了新的策略，以工程师的纳米级物体的电子特性，例如传感器和photopolics。
2011-07-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
