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Photochemical Decomposition of Y-Series Non-Fullerene Acceptors Is Responsible for Degradation of High-Efficiency Organic Solar Cells
Advanced Energy Materials ( IF 24.4 ) Pub Date : 2023-03-08 , DOI: 10.1002/aenm.202300046 Tianran Liu 1 , Quinn C. Burlingame 2 , Marko R. Ivancevic 3 , Xiao Liu 1 , Junnan Hu 1 , Barry P. Rand 1, 2 , Yueh‐Lin Loo 3
Advanced Energy Materials ( IF 24.4 ) Pub Date : 2023-03-08 , DOI: 10.1002/aenm.202300046 Tianran Liu 1 , Quinn C. Burlingame 2 , Marko R. Ivancevic 3 , Xiao Liu 1 , Junnan Hu 1 , Barry P. Rand 1, 2 , Yueh‐Lin Loo 3
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Organic photovoltaic cells that employ Y-series non-fullerene acceptors (NFAs) have recently achieved impressive power-conversion efficiencies (>18%). To fulfill their commercial promise, it is important to quantify their operational lifetimes and understand their degradation mechanisms. In this work, the spectral-dependent photostability of films and solar cells comprising several Y-series acceptors and the donor polymer PM6 is investigated systematically. By applying longpass filters during aging, it is shown that UV/near-UV photons are responsible for the photochemical decomposition of Y-series acceptors; this degradation is the primary driver of early solar cell performance losses. Using mass spectrometry, the vinylene linkage between the core and electron-accepting moieties of Y-series acceptors is identified as the weak point susceptible to cleavage under UV-illumination. Employing a series of device characterization, along with numerical simulations, the efficiency losses in organic photovoltaic cells are attributed to the formation of traps, which reduces charge extraction efficiency and facilitates non-radiative recombination as the Y-series acceptors degrade. This study provides new insights for molecular degradation of organic photovoltaic absorber materials and highlights the importance of future molecular design and strategies for improved solar cell stability.
中文翻译:
Y 系列非富勒烯受体的光化学分解是导致高效有机太阳能电池退化的原因
采用 Y 系列非富勒烯受体 (NFA) 的有机光伏电池最近取得了令人印象深刻的功率转换效率 (>18%)。为了实现它们的商业承诺,量化它们的使用寿命并了解它们的退化机制非常重要。在这项工作中,系统地研究了包含多个 Y 系列受体和供体聚合物 PM6 的薄膜和太阳能电池的光谱依赖性光稳定性。通过在老化过程中应用长通滤光片,表明 UV/近 UV 光子负责 Y 系列受体的光化学分解;这种退化是早期太阳能电池性能损失的主要驱动因素。使用质谱法,Y系列受体的核心和电子接受部分之间的亚乙烯基连接被确定为在紫外线照射下容易裂解的弱点。采用一系列器件表征以及数值模拟,有机光伏电池的效率损失归因于陷阱的形成,这会降低电荷提取效率并在 Y 系列受体降解时促进非辐射复合。这项研究为有机光伏吸收材料的分子降解提供了新的见解,并强调了未来分子设计和提高太阳能电池稳定性的策略的重要性。有机光伏电池的效率损失归因于陷阱的形成,随着 Y 系列受体的降解,陷阱会降低电荷提取效率并促进非辐射复合。这项研究为有机光伏吸收材料的分子降解提供了新的见解,并强调了未来分子设计和提高太阳能电池稳定性的策略的重要性。有机光伏电池的效率损失归因于陷阱的形成,随着 Y 系列受体的降解,陷阱会降低电荷提取效率并促进非辐射复合。这项研究为有机光伏吸收材料的分子降解提供了新的见解,并强调了未来分子设计和提高太阳能电池稳定性的策略的重要性。
更新日期:2023-03-08
中文翻译:
Y 系列非富勒烯受体的光化学分解是导致高效有机太阳能电池退化的原因
采用 Y 系列非富勒烯受体 (NFA) 的有机光伏电池最近取得了令人印象深刻的功率转换效率 (>18%)。为了实现它们的商业承诺,量化它们的使用寿命并了解它们的退化机制非常重要。在这项工作中,系统地研究了包含多个 Y 系列受体和供体聚合物 PM6 的薄膜和太阳能电池的光谱依赖性光稳定性。通过在老化过程中应用长通滤光片,表明 UV/近 UV 光子负责 Y 系列受体的光化学分解;这种退化是早期太阳能电池性能损失的主要驱动因素。使用质谱法,Y系列受体的核心和电子接受部分之间的亚乙烯基连接被确定为在紫外线照射下容易裂解的弱点。采用一系列器件表征以及数值模拟,有机光伏电池的效率损失归因于陷阱的形成,这会降低电荷提取效率并在 Y 系列受体降解时促进非辐射复合。这项研究为有机光伏吸收材料的分子降解提供了新的见解,并强调了未来分子设计和提高太阳能电池稳定性的策略的重要性。有机光伏电池的效率损失归因于陷阱的形成,随着 Y 系列受体的降解,陷阱会降低电荷提取效率并促进非辐射复合。这项研究为有机光伏吸收材料的分子降解提供了新的见解,并强调了未来分子设计和提高太阳能电池稳定性的策略的重要性。有机光伏电池的效率损失归因于陷阱的形成,随着 Y 系列受体的降解,陷阱会降低电荷提取效率并促进非辐射复合。这项研究为有机光伏吸收材料的分子降解提供了新的见解,并强调了未来分子设计和提高太阳能电池稳定性的策略的重要性。