电荷转移注入过程中的动力学-能量瓶颈决定了有机太阳能电池中的能量损失

《Advanced Energy Materials》：A Kinetic–Energetic Bottleneck of Charge-Transfer Injection Governs Energy Loss in Organic Solar Cells

　　

摘要

在有机太阳能电池中，电荷转移（CT）过程构成了一个动力学-能量瓶颈，它同时控制着电荷的产生和非辐射电压损失。通过结合时间分辨的光致发光（100 ps–20 ns）和基于物理约束的贝叶斯优化框架，我们发现这个多维的动力学网络可以简化为一个单一的表征参数：有效的电荷转移注入率 k_CT。关键的是，k_CT 并不是一个微观的速率常数，而是一个由激子注入、电荷转移种群重新分布以及电荷转移非辐射复合之间的耦合竞争所产生的重整化集体参数。在六个不同的供体-受体系统中，这些系统的 k_CT 值相差近两个数量级，我们发现了一个普遍的规律：注入率每增加一个数量级，非辐射能量损失就会增加约 85 meV。这一规律揭示了由电荷转移过程拓扑结构所决定的内在动力学-能量权衡——加速电荷注入必然会放大复合损失。要突破这一瓶颈，需要重新构建电荷转移网络，将电荷解离过程与复合路径分离，从而为有机光伏技术开辟新的发展途径，超越目前的电压上限。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

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