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Carrier Transport and Recombination in Efficient “All-Small-Molecule” Solar Cells with the Nonfullerene Acceptor IDTBR

机译：带有非富勒烯受体IDTBR的高效“全小分子”太阳能电池中的载流子传输和复合

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Reaching device efficiencies that can rival those of polymer-fullerene Bulk Heterojunction (BHJ) solar cells (10%) remains challenging with the ''All-Small-Molecule'' (All-SM) approach, in part because of (i) the morphological limitations that prevail in the absence of polymer and (ii) the difficulty to raise and balance out carrier mobilities across the active layer. In this report, the authors show that blends of the SM donor DR3TBDTT (DR3) and the nonfullerene SM acceptor O-IDTBR are conducive to ''All-SM'' BHJ solar cells with high open-circuit voltages (V-OC) 1.1 V and PCEs as high as 6.4% (avg. 6.1%) when the active layers are subjected to a post-processing solvent vapor-annealing (SVA) step with dimethyl disulfide (DMDS). Combining electron energy loss spectroscopy (EELS) analyses and systematic carrier recombination examinations, the authors show that SVA treatments with DMDS play a determining role in improving charge transport and reducing non-geminate recombination for the DR3:O-IDTBR system. Correlating the experimental results and device simulations, it is found that substantially higher BHJ solar cell efficiencies of 12% can be achieved if the IQE and carrier mobilities of the active layer are increased to 85% and 10(-4) cm(2) V-1 s(-1), respectively, while suppressing the recombination rate constant k to 10(-12) cm(3) s(-1).
机译：采用“全小分子”（All-SM）方法，可以达到可与聚合物-富勒烯本体异质结（BHJ）太阳能电池（> 10％）媲美的设备效率仍然具有挑战性，部分原因是（i）在没有聚合物的情况下普遍存在的形态学局限性；（ii）难以提高和平衡穿过活性层的载流子迁移率。在此报告中，作者表明，SM供体DR3TBDTT（DR3）和非富勒烯SM受体O-IDTBR的混合物有助于形成具有高开路电压（V-OC）的“ All-SM” BHJ太阳能电池>当对活性层进行二硫化二甲基（DMDS）的后处理溶剂气相退火（SVA）步骤时，1.1 V和PCE高达6.4％（平均6.1％）。结合电子能量损失谱（EELS）分析和系统的载流子重组检查，作者表明DMDS的SVA处理在改善电荷传输和减少DR3：O-IDTBR系统的非gege重组方面起着决定性的作用。将实验结果和设备仿真相关联，发现如果将有源层的IQE和载流子迁移率提高到> 85％和> 10（-4）cm（>），则可以实现> 12％的更高的BHJ太阳能电池效率。 2）V-1 s（-1），同时将重组率常数k抑制到<10（-12）cm（3）s（-1）。

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