【摘要】 据预测，只有对于能量无序足够低的材料，热化对载流子传输的影响才能被忽略

有机光伏 (OPV) 器件中的电荷传输通常以空间电荷有限电流 (SCLC) 为特征[1]。然而，该技术仅探测无序展宽态密度（DOS）中处于准平衡能量的电荷的传输。相比之下，在运行的 OPV 器件中，光生载流子通常在 DOS 中以较高能量产生，然后缓慢热化[2,3]。

 

在这里，通过超快时间分辨实验和模拟表明，在无序聚合物/富勒烯和聚合物/聚合物 OPV 中，光生载流子的迁移率显着超过 SCLC 探测的注入载流子的迁移率。聚合物/聚合物 OPV 器件中的时间分辨电荷传输以极高（皮秒）的时间分辨率进行测量。 SCLC 未能捕获的基本物理现象是光生载流子热化，这会提高载流子迁移率。

 

据预测，只有对于能量无序足够低的材料，热化对载流子传输的影响才能被忽略。对于厚度为 100 nm 的典型器件，最大功率点（短路）条件下的极限能量紊乱为 σ ≈71 (56) meV，具体取决于人们愿意接受的误差。由于在典型的 OPV 材料中，无序通常较大，因此结果对 SCLC 方法描述运行 OPV 的有效性提出了质疑。

 

我们想要传达的基本信息是，SCLC 技术不能用于可靠地描述无序 OPV 中的光生载流子传输，除非结果通过量化光生载流子热化存在（或缺乏）的附加方法进行验证。预测，对于 100 nm 的典型器件厚度，准平衡迁移率数据仅对最大功率点能量无序低于 σ < 71 meV 和短路条件下 σ < 56 meV 的材料有效，具体取决于误差一个人愿意接受。

 

由于在典型的 OPV 材料中，无序度通常较大，因此需要重新评估使用准平衡迁移率数据来描述运行中的 OPV、预测其 PCE 限制并指导新材料设计。这些观察结果使得 OPV 中电荷传输的详细研究成为一项具有挑战性的任务，因为大多数允许捕获光生载流子热化的技术（例如此处使用的技术）都非常耗时且可用性有限。

 

尽管如此，我们希望这里提出的结果能够鼓励其他人考虑这些方面，以便更好地理解 OPV 和有机半导体中的电荷传输。

 

[1] W. Zhao, D. Qian, S. Zhang, S. Li, O. Inganäs, F. Gao, J. Hou, Adv. Mater. 2016, 28, 4734.

[2] Z. He, B. Xiao, F. Liu, H. Wu, Y. Yang, S. Xiao, C. Wang, T. P. Russell, Y.Cao, Nat. Photonics 2015, 9, 174.

[3] Y. Liu, J. Zhao, Z. Li, C. Mu, W. Ma, H. Hu, K. Jiang, H. Lin, H. Ade, H.Yan, Nat. Commun. 2014, 5, 5293.

 

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