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
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
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
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
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
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
Thickness dependent effects of an intermediate molecular blocking layer on the optoelectronic characteristics of organic bilayer photovoltaic cells
在这项工作中，我们解决的微观效应相关的实施间二苯并菲咯啉（BPhen）激子阻挡层（EBL）夹在银阴极和分子二茚苝（DIP）/C60双层的光电池。对EBL厚度高达50 nm的电流密度、外量子效率和光致发光猝灭的补充研究表明，Ag原子能够穿透整个35 nm厚的C60膜进入下面的结晶DIP层，从而如果不施加阻挡层则增强激子猝灭。相比之下，对于5 nm厚的BPhen层，实现了激子阻挡、金属渗透的抑制和电子输运之间的最佳折衷，从而使功率转换效率提高2倍以上。
2012-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Feature engineering for microstructure-property mapping in organic photovoltaics
将有机光伏（OPV）薄膜的高度复杂的形态与其电荷传输性质联系起来对于实现用作能量收集的成本有效的方法的高性能材料系统是至关重要的。在本文中，一种新的无监督的特征工程框架的开发和使用，以建立降阶的OPV薄膜的结构-性能的联系。该框架利用数字图像处理算法来识别经历电荷传输现象的OPV的显著材料特征。这些材料状态，然后通过2点的空间相关性和主成分分析，以获得一个低维表示的OPV微结构。据发现，除了材料PC分数，需要两个基于距离的度量来完成复杂的OPV的微观结构量化。然后使用高斯过程的本地化版本（laGP）将材料PC分数以及两个基于距离的度量与OPV的短路电流相关联。结果表明，本文提出的无监督特征工程框架结合laGP可以导致高保真和准确的数据驱动的OPV薄膜的结构-性质的联系。
2021-11-02 cond-mat.mtrl-sci
A Hybrid Density Functional Study of Oligothiophene/ZnO Interface for Photovoltaics
有机/无机供体-受体界面在有机光伏应用中越来越受到关注，因为界面的每个组分提供独特的属性。在这里，我们使用混合密度泛函理论研究六噻吩/ZnO界面的电子结构。我们发现，界面分子取向强烈影响的吸附能，能级排列，和开路电压。我们属性的取向依赖性的不同强度的分子和基板之间的电子耦合。我们的研究表明，可以通过控制分子取向的界面设计来优化光伏性能。
2011-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Structural and Electronic Properties of Hybrid Perovskites for High-Efficiency Thin-Film Photovoltaics from First-Principles
钙钛矿太阳能电池的性能最近超过了15%的太阳能-电力转换效率，用于小面积设备。活性吸收层，即由混合金属和有机卤化物[ \textit{e.g.}（NH $_4$）PbI $_3$和（CH $_3$ NH $_3$）PbI $_3$ ]形成的混合有机-无机钙钛矿的基本性质在很大程度上是未知的。材料是在第一布里渊区的边界处具有直接带隙的半导体。计算的介电响应和带隙显示出取向依赖性，与有机阳离子的旋转的低势垒。由于甲基铵阳离子的电偶极子，可以获得光铁性效应，这可以增强载流子收集。
2013-09-17 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
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
Benefits of direct electron detection and PCA for EELS investigation of organic photovoltaics materials
电子能量损失谱（EELS）是一种强大的工具，用于成像纳米尺度的化学变化。在这里，我们研究了聚合物/有机小分子共混物作为吸收层的有机太阳能电池和采用EELS区分聚合物供体和小分子受体域的纳米结构的共混物的基础上轻元素，如氮，硫或氟的元素地图。特别是对于束敏感样品，需要限制电子剂量，因此需要优化的采集和数据处理策略。我们比较后柱能量过滤器与直接电子探测相机从传统的CCD相机在同一过滤器上的数据采集的数据，我们调查的影响，统计数据处理方法（主成分分析，PCA）对采集的光谱和元素图从光谱图像中提取。我们的工作表明，直接电子探测相机上的光谱质量远远优于传统的CCD成像，从而可以清楚地识别电离边缘和这些边缘的精细结构。对于元素图的质量，PCA的应用是必不可少的，以允许在非富勒烯有机太阳能电池的本体异质结吸收层中的供体和受体相之间的清晰分离。
2021-01-08 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
Heterojunction organic photovoltaic cells as molecular heat engines: A simple model for the performance analysis
有机异质结太阳能电池的分析在一个极小模型，其中包括这种系统的基本物理特征。该模型的动力学性质，使用主方程的方法计算，占此类系统的定性行为。该模型产生明确的电流-电压行为的结果，以及在热力学效率以及在最大功率下的功率转换效率方面表示的性能特性，使其能够评估该设备模型的最佳设置。
2011-11-10 cond-mat.mes-hall 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
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
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
First-principles investigation of organic photovoltaic materials C$_{60}$, C$_{70}$, [C$_{60}$]PCBM, and bis-[C$_{60}$]PCBM using a many-body $G_0W_0$-Lanczos approach
采用Hedin的$G_0W_0$近似下的多体微扰理论和Lanczos方法，对有机光致发光材料中电子受体C-$_{60}$、C-$_{70}$、[6，6]-苯基-C-$_{61}$ -丁酸甲酯（[C-$_{60}$ ]PCBM）和双-[C-$_{60}$ ]PCBM的激发态性质进行了第一性原理研究.计算得到的C $_{60}$和C $_{70}$的垂直电离势（VIP）和垂直电子亲合势（VEA）与气相中的实验值吻合得很好。所有三个分子的态密度也比较薄膜上测得的光电子能谱和逆光电子能谱，表现出密切的一致性-一个刚性的能隙重整化由于在薄膜中的分子间相互作用。此外，计算结果还表明，[C $_{60}$ ]PCBM的最低未占态都是由富勒烯C $_{60}$的最高占据分子轨道和最低未占分子轨道产生的. [C $_{60}$ ]PCBM中的功能性侧基引入了轻微的电子转移到富勒烯笼中，导致VIP和VEA的小幅降低。当用[C $_{60}$ ]PCBM代替富勒烯C $_{60}$作为本体异质结聚合物太阳能电池中的电子受体时，VEA的这种小变化为开路电压的增加提供了可靠的理由。
2015-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Flexible Organic Photovoltaic Cells with In-situ Non-thermal Photoreduction of Spin Coated Graphene Oxide Electrodes
这篇文章被撤回，因为它发表在一本杂志上，我们报告了第一种还原方法，与柔性，温度敏感的基板兼容，用于生产还原的旋涂氧化石墨烯（GO）电极。它是基于使用激光束在大面积上原位非热还原柔性基板上的旋涂GO膜。光还原过程是一步的，容易的，并且在室温下在空气中快速进行，而不影响石墨烯晶格的完整性以及底层衬底的柔性。可以获得具有低至700 Ω/sq的薄层电阻的导电石墨烯膜，远高于通过化学手段还原的柔性层。作为我们的技术的概念的证明，激光还原的GO（LrGO）膜被用作柔性本体异质结有机光伏（OPV）器件中的透明电极，代替传统的ITO。该器件显示出1.1%的功率转换效率，这是迄今为止报道的结合还原的GO作为透明电极的OPV器件的最高效率。旋涂GO膜的原位非热光还原创造了一种新的方法来生产用于各种电子应用的柔性功能石墨烯电极，该方法具有潜在工业实施的巨大前景。
2012-12-13 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
Exciton Transfer in Organic Photovoltaic Cells: A Role of Local and Nonlocal Electron-Phonon Interactions in a Donor Domain
我们从理论上研究了有机光电池中施主畴内激子的转移过程，着重研究了局域和非局域电子-声子相互作用的作用。我们的模型由一个三能级系统所描述的Holstein-Peierls哈密顿耦合到多个热浴的本地和非本地分子模式的特征在于布朗光谱分布函数。我们选择并四苯作为参比施主分子，其中局域模和非局域模的光谱分布函数存在。然后，我们采用简化层次运动方程（HEOM）的方法来模拟系统的动力学环境的影响下，作为电子-声子耦合强度和温度的函数。我们严格计算约化的密度矩阵元素，以解释耗散局域和非局域模影响下的动力学时标。结果表明，在高温条件下，强的非局域电子-声子相互作用有利于激子的转移过程，提高了有机光伏材料的效率，但由于低频局域模的存在，激子的寿命变短.
2021-01-21 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
PhD thesis - 'Electronic Processes at the Interface of Organic Semiconductors'
本论文主要研究了基于有机半导体光敏层的异质结构的光学和光伏特性。本文主要研究了甲基取代的苝颜料、六硫代并五苯和SnCl_2酞菁有机薄膜结构的最佳制备条件。这些结构为制备光敏异质结提供了很好的前景，并可用于研制高效的太阳能光电转换器。研究了热沉积过程中退火和衬底温度对甲基取代的苝颜料、六硫并五苯和SnCl 2酞菁薄膜的形貌、表面结构、光学和光伏性能的影响。所考虑的薄膜的表面和体积参数确定从这里获得的结果。研究了在不同温度衬底上制备的有机异质结的光伏和光学性质。异质结的数据分别用Anderson模型和Van Opdorp模型进行了分析。该分析表明，基于甲基取代的二萘嵌苯颜料的有机异方型异质结构和基于并五苯的同种型异质结构可以通过针对无机半导体异质结提出和开发的模型来描述。确定了制备有机光敏异质结的最佳条件，该异质结在可见光和近红外范围内吸收大部分太阳辐射，并在异质结界面上有效地产生和分离载流子。在最佳条件下制备的各向异性和同种型异质结是发展有机光转换器，包括有机太阳能电池的前景元素。
2017-10-15 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
Ultrafast Charge Separation and Nongeminate Electron-Hole Recombination in Organic Photovoltaics
有机太阳能电池中的电子-空穴分离机制是目前争论的热点。最近的实验工作表明，这些电荷可以在极短的时间尺度（<100 fs）上分离。这可以理解为富勒烯聚集体内的离域传输，这被认为是在电子振动弛豫诱导极化子形成之前的短时间尺度上出现的。然而，在最佳的异质结形态中，电子和空穴在到达电极之前通常会重新相遇。如果这样的电荷捕获并且不能分离，则器件效率将受损。在这里，我们扩展了超快电荷分离的理论，将极化子的形成，并发现，用于解释超快电荷分离的相同的离域运输可以解释在最好的设备中的非甘尼酸盐复合的抑制。
2014-06-04 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Role of Polaron Pair Diffusion and Surface Losses in Organic Semiconductor Devices
通过应用蒙特卡罗模拟，我们发现在电极上的束缚极化子对（PP）的提取是限制有机光电和光伏器件效率的重要损耗因子。基于这一发现，我们开发了一个统一的分析模型，包括精确的Onsager理论，描述PP在有机供体-受体异质结中的解离，Sokel-Hughes模型用于在电极处提取自由极化子，以及PP扩散导致上述损耗机制，这是以前没有考虑过的。我们的方法允许在宏观尺度上描述模拟细节，并获得基本的见解，这是重要的，鉴于开发一个优化的光伏器件配置。
2010-11-29 cond-mat.mtrl-sci
CycleChemist: A Dual-Pronged Machine Learning Framework for Organic Photovoltaic Discovery
CycleChemist框架通过结合预测建模与生成分子设计，旨在高效发现高性能有机光伏材料。
2026-03-05 cond-mat.mtrl-sci cs.AI cs.LG
Even a little delocalization produces large kinetic enhancements of charge-separation efficiency in organic photovoltaics
在有机光致发光中，即使电荷的库仑吸引力比可用的热能大一个数量级，电荷也可以有效地分离。离域被认为可以解释这一事实，因为它可以增加电荷转移（CT）状态下电荷的初始分离，降低它们的吸引力。然而，理解该机制需要离域电荷分离的动力学模型，这已被证明是困难的，因为它涉及到在无序材料所需的大型模拟盒中跟踪电子和空穴的相关量子力学运动。在这里，我们报告的第一个三维模拟的电荷分离动力学的存在下的障碍，离域和极化子的形成，发现即使轻微的离域，在不到两个分子，可以大大提高电荷分离效率，甚至开始与热化CT状态。离域化并不通过减少库仑吸引来提高效率;相反，这种提高是由电子态的重叠增加所产生的动力学效应。
2022-08-15 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Exciton fission via ultrafast long-range resonant tunnelling in organic photovoltaic diodes
我们提出了一个激子/晶格模型的聚合物半导体异质结中的初级光激发的电子动力学，其中包括聚合物π堆叠，充满活力的无序，声子弛豫。从我们的模型的结果是一致的，最近的实验证据表明，激子直接衰减到定义明确的极化子在一个子100 fs的时间尺度，这是大大快于激子弛豫过程。在多个样品的平均值，我们发现，作为界面偏移的增加，相当大一部分的电子态密度的能量区域中的初始激子进行显着的电荷转移字符与两个电荷分离的模型晶格的外部区域。结果表明，这种电流产生的状态的密度略有增加，如果靠近界面的区域是更无序的。然而，由于它们的态密度与主激子的激发线形状重叠，我们证明了激子有可能在超快时间尺度上通过隧穿直接衰减到产生电流的状态。我们发现这个过程是独立的充满活力的无序在系统中的位置，因此，我们希望通过共振隧穿激子裂变是这些系统的一个普遍存在的功能。
2013-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Exciton dissociation mediated by phonons in organic photovoltaics
本研究证明声子能过屏蔽裸电子-空穴吸引力使其在短距离变为排斥，从而驱动激子解离，该机制对有机太阳能电池材料物理机制有重要影响，可为优化效率提供新策略。
2023-01-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
A Unified Diode Equation for Organic Photovoltaic Devices
针对有机光伏器件现有解析二极管模型忽略注入载流子影响的问题，本研究采用区域近似法推导了考虑载流子抽取、注入与双分子复合相互作用的统一二极管方程，经数值模拟与实验验证，该框架可揭示器件物理机制并适用于低迁移率半导体薄膜光伏器件。
2023-07-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Mutual Photoluminescence Quenching and Photovoltaic Effect in Large-Area Single-Layer MoS2-Polymer Heterojunctions
二维过渡金属二硫属化合物（TMDCs）由于其优异的光学和电学性质而引起人们的广泛关注。特别是，它们非凡的光学吸收和半导体带隙已经能够证明由TMDC和其他有机或无机材料组成的异质结构的光伏响应。然而，这些早期的研究仅限于微米级的器件和/或未能利用单层TMDC的独特光吸收特性。在这里，我们提出了一个实验实现的大面积II型光伏异质结使用单层二硫化钼（MoS 2）作为主要的吸收剂，通过耦合到有机π-供体聚合物PTB 7。该TMDC-聚合物异质结表现出作为聚合物层的厚度的函数可调谐的光致发光强度，最终使得能够完全猝灭TMDC光致发光。TMDC-聚合物异质结中的强光学吸收对于小于20 nm的总电池厚度产生超过40%的内部量子效率，从而与其他有机和无机太阳能电池相比，导致每吸收厚度的异常电流密度。此外，这项工作提供了新的洞察II型TMDC-聚合物异质结的复合过程，从而提供了定量指导正在进行的努力，以实现高效的TMDC为基础的太阳能电池。
2016-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Detecting triplet states in opto-electronic and photovoltaic materials and devices by transient optically detected magnetic resonance
众所周知，有机半导体材料和器件中的三重态激发态难以用已建立的光谱方法检测和研究。然而，它们是下一代有机发光二极管（OLED）中的关键中间步骤，下一代有机发光二极管（OLED）采用热激活延迟荧光（TADF）将非发射三线态上转换为发射单线态。然而，在有机光伏（OPV）器件中，三重态是限制效率的激子损耗通道，并且还涉及器件退化。在这里，我们介绍了一种创新的自旋敏感的方法来研究三重态，光激发的有机半导体薄膜，以及在电驱动器件。瞬态光检测磁共振（trODMR）方法可以应用于所有发光依赖于顺磁自旋态的发光材料。因此，它是一个理想的光谱工具，以区分不同的国家参与，并确定其相应的时间尺度。我们揭示了中间激发自旋态在光电子和光伏材料和器件中的作用，并揭示了电学和光学诱导三重态的根本差异。
2021-11-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Delocalisation explains efficient transport and charge generation in neat Y6 organic photovoltaics
University of Sydney（悉尼大学）；Victoria University of Wellington（惠灵顿维多利亚大学）；MacDiarmid Institute for Advanced Materials and Nanotechnology（先进材料与纳米技术麦克迪亚米德研究所）；The Dodd-Walls Centre for Photonic and Quantum Technologies（光子与量子技术多兹中心）；Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS)（细胞材料综合科学研究所）
本研究通过局域化动能蒙特卡罗模拟揭示纯Y6有机光伏器件中高效输运和电荷生成的机制，证明局域化对提高载流子迁移率和电荷生成效率的关键作用。
2026-02-15 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Quantitative insights into the phase behaviour and miscibility of organic photovoltaic active layers from the perspective of neutron spectroscopy
我们提出了一种基于中子能谱的方法来定量研究由共轭聚合物：小分子共混物制成的有机光伏活性层的部分可吸收性和相行为，目前用区域无规聚（3-己基噻吩-2，5-二基）和富勒烯[6，6]-苯基C $_{61}$丁酸甲酯（RRa-P3 HT：PCBM）系统来说明。我们进行非弹性中子散射和准弹性中子散射测量，研究不同组成的共混物的结构动力学，使我们能够解决的相行为。RRa-P3 HT和PCBM之间的中子截面的差异，以及氘代技术的使用，提供了一个独特的机会，以探测富无定形聚合物相的富勒烯的可溶解性极限，并分别调整聚合物和富勒烯相之间的对比度。因此，所提出的方法应该是通用的和相关的研究新的非富勒烯受体是密切相关的-在化学结构方面-的聚合物，其中其他传统的成像和光谱技术提出了一个差的对比度之间的共混物组分。
2021-09-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Charge separation in organic photovoltaic cells
我们考虑了一个简单的模型，在有机光伏电池的成对电子空穴分离过程中，为了说明的影响的导电通道的维度上的效率的过程。用Miller-Abrahams最近邻点跃迁速率表达式模拟电子在空穴库仑场中的随机行走。非平衡态动力学蒙特卡罗模拟结果定性地证实了平衡态的估计，尽管定量地高维系统的效率不太明显。电子在复合前的寿命近似等于解离前的寿命。它们的值表明，电子在被收集器捕获或重新组合之前会进行长时间的随机行走。非平衡自由能与平衡自由能有很大的不同。分离过程的效率随着到收集器的距离的增加而降低，并且这种降低对于三维系统来说显著地不太明显。模拟结果是在良好的协议与连续Onsager理论的扩展，占有限的复合率在非零反应半径和非指数动力学的电荷分离过程。
2014-03-26 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
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
Physical-chemical Approach for the Impact of Modifying Molecular Bridges of TPA-Based Systems to Improve the Photovoltaic Properties of Organic Solar Cells
本研究设计了含噻吩衍生分子桥的TPA基给体发色团，通过DFT/TD-DFT计算表征其光电性质，发现结构调控可收窄能隙、拓宽吸收，验证了相关分子的优异光伏性能，为有机太阳能电池材料设计提供理论参考。
2024-07-11 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
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
Kinetic Control of Recombination in Organic Photovoltaics: The Role of Spin
在光伏二极管中，光生电子和空穴的复合是主要的损耗过程。生物捕光复合物（LHC）通过使用级联结构防止重组，这导致电荷载体的空间分离1。相比之下，有机光电池（OPV）中的纳米级形态和高电荷密度给出了高速率的电子-空穴相遇，这应当导致自旋三重态激子的形成，如在有机发光二极管（OLED）2中。如果每次相遇都导致复合，则OPV的量子效率将很差，但最先进的OPV表现出接近1的量子效率3。在这里，我们表明，这种抑制重组可以通过有机半导体中的电子激发的自旋，能量和离域之间的相互作用来设计。我们使用时间分辨光谱研究了一系列模型，高效率的聚合物-富勒烯系统，其中最低的分子三重态激子（T1）（在聚合物上）低于分子间电荷转移态（CT）。我们观察到双分子复合后T1态的形成，表明自旋不相关的电子和空穴的相遇产生具有自旋单重态（1CT）和自旋三重态（3CT）特征的CT态。我们发现，三重态激子的形成可以是OPV的主要损耗机制。然而，我们发现，即使在积极的青睐，松弛的3CT到T1可以强烈抑制，通过控制波函数离域，允许解离的3CT回到自由的变化，从而减少重组和提高设备的性能。我们的研究结果指出了人工光转换系统的新设计规则，能够抑制电子-空穴复合，也可以用于OLED，避免形成三重态并提高荧光效率。
2013-03-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
On the Role of Charge Transfer Excitations in Non-Fullerene Acceptors for Organic Photovoltaics
本研究结合计算与实验表征Y6，揭示固态吸收展宽和红移源于FE-CT杂化激发及极化子对，而非J聚集或自由载流子。
2024-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Concentrated sunlight for accelerated stability testing of organic photovoltaic materials: Towards decoupling light intensity and temperature
我们已经证明了OPV加速降解研究使用集中的阳光，其中的气氛，温度和光照强度是独立控制的。在集中的阳光下测试用于控制样品温度的各种方案表明，P3 HT：PCBM的加热是由吸收波长范围内的光子和多余光子能量的耗散引起的，而不一定是由IR光子吸收引起的。在集中太阳光照射下，太阳光斩波是一种有效的独立温度控制方法。报道了第一次使用施加于P3 HT：PCBM共混物的阳光浓度的加速降解测试。P3 HT：PCBM共混物暴露于在痕量氧气/湿度存在下的集中阳光下，显示出由P3 HT：PCBM共混物内的P3 HT主链的光氧化引起的降解，其显著地热加速，与先前的观察结果一致。然而，这可以以分钟和小时的时间尺度来证明，即，大大加快。将良好封装的P3 HT：PCBM膜暴露于集中的阳光下证明了高达3，600太阳 * 小时的稳定性，对应于约1.6年的操作时间。该结果是在300个太阳照射下仅12小时后获得的，证明了使用集中的太阳光进行加速稳定性试验的优点。因此，这些测试可以将极高的加速因子与对各种独立控制因素对降解机制的影响的深刻理解相结合。
2014-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Delocalisation enables efficient charge generation in organic photovoltaics, even with little to no energetic offset
本研究通过扩展离域化动力学蒙特卡洛模型，揭示离域化通过促进激子体相解离和离域态间长距离跳跃，使有机光伏在无能量偏移下也能高效生成电荷。
2023-08-29 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Tin(II) thiocyanate Sn(SCN)$_2$ as an ultrathin anode interlayer in organic photovoltaics
本文报道了一种配位聚合物半导体硫氰酸锡[Sn（SCN）$_2$ ]作为有机光催化剂（OPV）阳极中间层的应用。在室温下从基于醇的溶液沉积具有高平滑度和优异透明度的Sn（SCN）$_2$的亚10 nm层，其光学带隙为3.9 eV，而不进行沉积后退火。将Sn（SCN）$_2$作为阳极中间层插入聚合物：富勒烯OPV中显著降低了由于Sn（SCN）$_2$的激子阻挡能级引起的复合损失。当薄膜厚度为7 nm时，薄膜的平均功率转换效率（PCE）为7.6%，最大值为8.1%. Sn（SCN）$_2$使用普通溶剂的简单加工性使其具有优于更知名的硫氰酸铜（I）（CuSCN）的明显优势。Sn（SCN）$_2$的电子和光学性质使其在大面积电子器件中的应用引起人们的兴趣。
2021-08-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Probing polaron excitation spectra in organic semiconductors by photoinduced-absorption-detected two-dimensional coherent spectroscopy
我们报告了一种新的二维相干激发光谱的理论描述和实验实现的基础上准稳态光诱导吸收测量的长寿命的非线性人口。我们研究了一个荧光聚合物：富勒烯衍生物的分布式异质结构，通过测量二维激发光谱的光致发光，光电流和光诱导吸收的亚稳态极化产物。我们得出的结论是，光致吸收探针是这个二维相干光谱家族中可行且有价值的探针。
2016-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Optical probing of charge traps in organic field-effect transistors
该研究利用聚焦激光照明对有机场效应晶体管中的电荷陷阱进行空间分辨光学探测，观察到开启电压的局部偏移并证实了负电荷捕获，为陷阱分布映射及相关器件优化提供了新方法。
2025-09-23 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
The Thermodynamic Limit of Indoor Photovoltaics Based on Energetically-Disordered Molecular Semiconductors
本研究探究能量无序等因素对有机基室内光伏性能上限的不利影响，给出功率转换效率的实际上限，发现能量无序会偏移最优光学带隙，并提出可预测任意光照下IPV性能的方法及配套工具。
2023-06-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Organic-inorganic Copper(II)-based Material: a Low-Toxic, Highly Stable Light Absorber beyond Organolead Perovskites
卤化铅钙钛矿太阳能电池由于其优异的功率转换效率而最近成为非常有前途的光伏技术;然而，铅的毒性和钙钛矿材料的稳定性差仍然是需要解决的两个主要挑战。在这里，我们首次报道了一个无铅的，高度稳定的C6 H4 NH 2CuBr 2 I化合物。C6 H4 NH 2CuBr 2 I薄膜表现出非常好的疏水性，接触角约为90 °，其X-射线衍射图谱在浸泡4小时后仍保持不变。UV-Vis吸收光谱表明，C6 H4 NH 2CuBr 2 I化合物在整个可见光谱范围内具有良好的光吸收。我们将这种铜基光吸收剂应用于可印刷介观太阳能电池中进行初步试验，并实现了0.5%的功率转换效率。我们的研究代表了一种替代途径，以开发低毒性和高稳定性的有机-无机杂化材料的光伏应用。
2017-03-09 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
Probing the force field sensitivity of entropy and enthalpy differences in organic polymorphs using classical potentials
我们评估的有效性，不同的经典电位预测的热力学的一些有机固体形式的多晶型物相对于实验报道的值，使用准谐波近似。使用极化势AMOEBA，我们能够预测71+/-12%的多晶型物的焓差的正确符号。或者，所有点电荷电位的表现与校正焓的正确符号（50%）的随机机会相当。我们发现熵对所有力场的势的准确性不太敏感，不包括CGenFF，报告了64+/-13-75 +/-11%的系统的熵的正确符号。预测焓差和熵差的正确符号可以帮助指示多晶型物的低温和高温稳定性，不幸的是，在转变温度下，这些预测值相对于实验的误差可以大到1 - 2.5kcal/mol。
2020-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Identifying structure-absorption relationships and predicting absorption strength of non-fullerene acceptors for organic photovoltaics
非富勒烯受体（NFA）是优秀的光收集器，但这种高消光的起源还没有得到很好的理解。在这项工作中，我们调查的吸收强度的NFA通过建立一个数据库的时间相关的密度泛函理论（TDDFT）计算~500 π共轭分子。首先验证的计算与实验测量液体和固体状态下使用常见的富勒烯和非富勒烯受体的比较。结果表明，在真空条件下计算的摩尔消光系数（ε d，max）与溶液中分子的实验值吻合较好，表明TDDFT在预测有机π共轭分子的光学性质方面是有效的.然后，我们根据分子描述符进行统计分析，以确定哪些特征在定义吸收强度时是重要的。这使我们能够确定与NFA中的高吸收强度相关的结构特征，并可用于指导分子设计：高吸收NFA应具有平面，线性和完全共轭的分子骨架，具有高度可极化的杂原子。然后，我们利用一个基于扩展紧束缚哈密顿算子的计算框架，利用随机决策森林对ε d，max进行预测，结果表明，该方法具有较好的预测精度，且计算代价低于TDDFT。这项工作提供了对π共轭有机分子（包括NFA）中分子结构和吸收强度之间关系的一般理解，同时引入了低计算成本的预测机器学习模型。
2022-03-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Transport resistance dominates the fill factor losses in record organic solar cells
本文指出传输电阻导致的低填充因子是高效有机太阳能电池的核心瓶颈，详细阐述了其成因、材料特性、实验量化方法及未来最小化电荷收集损失的策略。
2024-12-18 cond-mat.mtrl-sci
