Limite de tension en circuit ouvert causée par la recombinaison à travers les états de queue dans des cellules solaires polymère-fullerène à hétérojonction bulk

La tension de sortie en circuit ouvert des cellules solaires polymère-fullerène à hétérojonction bulk présente un décalage de Δ≈0,3 V avec la différence entre l'orbital moléculaire le plus élevé occupé (HOMO) du donneur et l'orbital moléculaire le plus bas non occupé (LUMO) de l'accepteur, comme discuté par Scharber et al. Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) 18, 789 (2006). Nous montrons que le désordre énergétique de la densité d'états électroniques (DOS) des matériaux accepteurs et donneurs réduit la séparation des niveaux de Fermi des électrons et des trous dans les cellules solaires à hétérojonction bulk, en restreignant l'accumulation de porteurs dans les queues de la DOS. Un modèle simple basé sur l'équilibre cinétique entre la photogénération et les flux de recombinaison fournit une limite inférieure au décalage d'énergie Δ(σn2+σp2)/kBT en termes des paramètres de désordre.