В органических солнечных батареях на основе полимерных композитов с фуллереном (в так называемых объемных гетеропереходах (ОГП)), эффективность преобразования энергии достигает 10-12% [1-2]. Существенным преимуществом таких органических электронных устройств является простота их изготовления и низкая стоимость. Одной из важных задач органической фотовольтаики является оптимизация морфологии композитов для достижения сбалансированного транспорта обоих носителей зарядов и повышения эффективности преобразования солнечной энергии. Добавка низкомолекулярных соединений может не только улучшить смешивание составляющих полимерных композитов на молекулярном уровне, но и ускорить электронные процессы фотогенерации и переноса зарядов в ОГП. В данной работе мы использовали для этой цели низкомолекулярные фотофизические активаторы переноса энергии электронного возбуждения - кумарин и дифенилоксазол. В работе представлены результаты светоиндуцированного ЭПР исследования процессов генерации, разделения, переноса и рекомбинации спиновых носителей заряда в ОГП исходных и модифицированных микродобавками композитов на основе поли-(3-додецилтиофен)/метанофуллерена (П3ДДТ/МЭФС₆₁БК) в широком диапазоне изменения энергии фотонов и температуры. Под действием светового излучения происходит фотогенерация положительно заряженных поляронов на цепях полимерной матрицы композитов и анион-радикалов метанофуллерена, а также захват части носителей зарядов высокоэнергетическими спиновыми ловушками, которые существенно зависят от количества микродобавок кумарина и дифенилоксазола. Вклады локализованных и подвижных спиновых носителей заряда были определены путем разложения суммарного спектра ЭПР. Температурные зависимости концентраций подвижных и локализованных носителей заряда для модифицированных образцов выявили увеличение обменного взаимодействия между носителями заряда. Модификация исходного композита оптимальным количеством кумарина и дифенилоксазола приводит к увеличению концентрации подвижных носителей заряда благодаря высвобождению части локализованных носителей из спиновых ловушек, а также уменьшению вероятности их рекомбинации. Это существенно повышает эффективность преобразования света композитом, а также предопределяет перспективность его использования в качестве прототипа органического накопителя энергии.

Благодарность
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ грант № 18-29-20011-мк.

Ссылки

[1] Wang S.-f., Liu Y.-n., Yang J., Tao Y.-t., Guo Y., Cao X.-d., Zhang Z.-g., Li Y.-f., Huang W. // Chinese J. Pol. Sci. 2017. Т. 35. № 2. P. 207-218.

[2] Meng L., Zhang Y., Wan X., Li C., Zhang X., Wang Y., Ke X., Xiao Z., Ding L., Xia R., Yip H.-L., CaoY., Chen Y. // Science. 2018. Т. 361. № 6407. P. 1094-1098.