Published April 1, 2018 | Version v1
Publication Open

Revealing charge carrier dynamics in squaraine:[6, 6]-phenyl-C 71-butyric acid methyl ester based organic solar cells

Creators

  • 1. Council of Scientific and Industrial Research
  • 2. Academy of Scientific and Innovative Research
  • 3. National Institute for Interdisciplinary Science and Technology

Description

Ultrafast charge carrier dynamics as well as the generation of polaron pair in squaraine (SQ) and squaraine:[6,6]-phenyl-C 71-butyric acid methyl ester (SQ:PCBM71) have been studied using ultrafast transient absorption spectroscopy (UTAS). The current study reveals that the pure SQ exhibits the creation of singlet and triplet states; however, incorporation of PCBM71 in SQ results in the formation of polaron pairs with ∼550ps lifetime, which in turn leads to the creation of free electrons in the device. We show that the considerable increment in monomolecular and bimolecular recombination in SQ:PCBM71 compared to pure SQ which describes the interfacial compatibility of SQ and PCBMC71 molecules. The present work not only provides the information about the carrier generation in SQ and SQ:PCBM71 but also gives the facts relating to the effect of PCBM71 mixing into the SQ which is very significant because the SQ has donor-acceptor-donor (D-A-D) structure and mixing one more acceptor can introduce more complex recombinations in the blend. These findings have been complimented by the charge transport study in the device using impedance spectroscopy. The various important transport parameters are transit time (τt), diffusion constant (Dn), global mobility (μ) and carrier lifetime (τr). The values of these parameters are 26.38 μs, 4.64x10-6 cm2s-1, 6.12x10-6 cm2V-1s-1 and 399 μs, respectively. To the best of our knowledge such study related to SQ is not present in the literature comprehensively.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تمت دراسة ديناميكيات حامل الشحنة فائقة السرعة بالإضافة إلى توليد زوج بولارون في السكوارين (SQ) والسكوارين:[6،6] - فينيل- C 71 - إستر ميثيل حمض البيوتريك (SQ: PCBM71) باستخدام التحليل الطيفي للامتصاص العابر فائق السرعة (UTAS). تكشف الدراسة الحالية أن SQ النقي يظهر إنشاء حالات مفردة وثلاثية ؛ ومع ذلك، فإن دمج PCBM71 في SQ يؤدي إلى تكوين أزواج بولارونية بعمر 550ps، مما يؤدي بدوره إلى إنشاء إلكترونات حرة في الجهاز. نظهر أن الزيادة الكبيرة في إعادة التركيب أحادي الجزيء وثنائي الجزيء في SQ: PCBM71 مقارنة بـ SQ النقي الذي يصف التوافق البيني لجزيئات SQ و PCBMC71. لا يوفر العمل الحالي المعلومات حول توليد الناقل في SQ و SQ: PCBM71 فحسب، بل يعطي أيضًا الحقائق المتعلقة بتأثير اختلاط PCBM71 في SQ وهو أمر مهم للغاية لأن SQ له هيكل متبرع- متقبل- مانح (D - A - D) ويمكن أن يؤدي خلط متقبل آخر إلى إدخال عمليات إعادة تركيب أكثر تعقيدًا في المزيج. وقد تم استكمال هذه النتائج من خلال دراسة نقل الشحنة في الجهاز باستخدام التحليل الطيفي للمعاوقة. معلمات النقل المهمة المختلفة هي وقت العبور (τt) وثابت الانتشار (Dn) والتنقل العالمي (μ) وعمر الناقل (τr). قيم هذه المعلمات هي 26.38 ميكرو ثانية، 4.64× 10-6 سم 2 ثانية -1، 6.12 × 10-6 سم 2 فولت -1 و 399 ميكرو ثانية، على التوالي. على حد علمنا، فإن مثل هذه الدراسة المتعلقة بالقياس النوعي غير موجودة في الأدبيات بشكل شامل.

Translated Description (French)

La dynamique des porteurs de charge ultra-rapides ainsi que la génération de paires de polarons dans la squaraïne (SQ) et la squaraïne : ester méthylique de l'acide [6,6]-phényl-C 71-butyrique (SQ :PCBM71) ont été étudiées en utilisant la spectroscopie d'absorption transitoire ultra-rapide (UTAS). La présente étude révèle que le SQ pur présente la création d'états singulet et triplet ; cependant, l'incorporation de PCBM71 dans le SQ entraîne la formation de paires de polarons avec une durée de vie d'environ 550ps, ce qui conduit à la création d'électrons libres dans le dispositif. Nous montrons que l'augmentation considérable de la recombinaison monomoléculaire et bimoléculaire dans SQ :PCBM71 par rapport à SQ pur qui décrit la compatibilité interfaciale des molécules SQ et PCBMC71. Le présent travail fournit non seulement les informations sur la génération de porteurs dans SQ et SQ : PCBM71, mais donne également les faits relatifs à l'effet du mélange de PCBM71 dans le SQ, ce qui est très important car le SQ a une structure donneur-accepteur-donneur (D-A-D) et le mélange d'un accepteur supplémentaire peut introduire des recombinaisons plus complexes dans le mélange. Ces résultats ont été complétés par l'étude du transport de charge dans le dispositif utilisant la spectroscopie d'impédance. Les différents paramètres de transport importants sont le temps de transit (τt), la constante de diffusion (Dn), la mobilité globale (μ) et la durée de vie du porteur (τr). Les valeurs de ces paramètres sont de 26,38 μs, 4,64x10-6 cm2s-1, 6,12x10-6 cm2V-1s-1 et 399 μs, respectivement. À notre connaissance, une telle étude liée à la QS n'est pas présente de manière exhaustive dans la littérature.

Translated Description (Spanish)

La dinámica del portador de carga ultrarrápida, así como la generación del par de polarones en escuaraína (SQ) y escuaraína: éster metílico del ácido [6,6] -fenil-C71-butírico (SQ:PCBM71) se han estudiado utilizando espectroscopía de absorción transitoria ultrarrápida (UTAS). El presente estudio revela que el SQ puro exhibe la creación de estados singlete y triplete; sin embargo, la incorporación de PCBM71 en SQ da como resultado la formación de pares de polarones con una vida útil de ~ 550ps, lo que a su vez conduce a la creación de electrones libres en el dispositivo. Mostramos que el considerable incremento en la recombinación monomolecular y bimolecular en SQ: PCBM71en comparación con SQ puro que describe la compatibilidad interfacial de las moléculas SQ y PCBMC71. El presente trabajo no solo proporciona la información sobre la generación de portadores en SQ y SQ: PCBM71, sino que también proporciona los hechos relacionados con el efecto de la mezcla de PCBM71 en el SQ, lo cual es muy significativo porque el SQ tiene una estructura donante-aceptor-donante (D-A-D) y la mezcla de un aceptor más puede introducir recombinaciones más complejas en la mezcla. Estos hallazgos se han complementado con el estudio de transporte de carga en el dispositivo mediante espectroscopía de impedancia. Los diversos parámetros de transporte importantes son el tiempo de tránsito (τt), la constante de difusión (Dn), la movilidad global (μ) y la vida útil del transportista (τr). Los valores de estos parámetros son 26.38 μs, 4.64x10-6 cm2s-1, 6.12x10-6 cm2V-1s-1 y 399 μs, respectivamente. Hasta donde sabemos, dicho estudio relacionado con SQ no está presente en la literatura de manera integral.

Files

1.5018253.pdf

Files (93 Bytes)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:b0d506893d4802090edf1644f5f082cd
93 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
الكشف عن ديناميكيات حامل الشحنة في السكوارين:[6، 6] - فينيل- C 71 - حمض بوتيريك ميثيل إستر القائم على الخلايا الشمسية العضوية
Translated title (French)
Révélation de la dynamique des porteurs de charge dans les cellules solaires organiques à base d'ester méthylique de l'acide [6, 6]-phényl-C 71-butyrique
Translated title (Spanish)
Revelación de la dinámica de los portadores de carga en la escuaraína: células solares orgánicas a base de éster metílico del ácido [6, 6] -fenil-C71-butírico

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2795718784
DOI
10.1063/1.5018253

Is supplement to
https://openalex.org/W4391107967 (Other)
https://openalex.org/W4320350491 (Other)
https://openalex.org/W4292249711 (Other)
https://openalex.org/W4229453633 (Other)
https://openalex.org/W3186241702 (Other)
https://openalex.org/W3000450127 (Other)
https://openalex.org/W2166790117 (Other)
https://openalex.org/W2106675051 (Other)
https://openalex.org/W2036060813 (Other)
https://openalex.org/W1974087744 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
India

References

  • https://openalex.org/W1796494851
  • https://openalex.org/W1860018006
  • https://openalex.org/W1893989907
  • https://openalex.org/W1966455564
  • https://openalex.org/W1970648387
  • https://openalex.org/W1975441946
  • https://openalex.org/W1990964489
  • https://openalex.org/W1995577824
  • https://openalex.org/W1997609780
  • https://openalex.org/W2000144265
  • https://openalex.org/W2002841482
  • https://openalex.org/W2005501037
  • https://openalex.org/W2021884442
  • https://openalex.org/W2033348850
  • https://openalex.org/W2040247112
  • https://openalex.org/W2043940935
  • https://openalex.org/W2047258912
  • https://openalex.org/W2066571982
  • https://openalex.org/W2071151963
  • https://openalex.org/W2079420949
  • https://openalex.org/W2111128148
  • https://openalex.org/W2116425422
  • https://openalex.org/W2125686422
  • https://openalex.org/W2132989990
  • https://openalex.org/W2134841088
  • https://openalex.org/W2143670947
  • https://openalex.org/W2143749380
  • https://openalex.org/W2152883158
  • https://openalex.org/W2323045736
  • https://openalex.org/W2327915557
  • https://openalex.org/W2409549881
  • https://openalex.org/W2468969087
  • https://openalex.org/W2479136373
  • https://openalex.org/W2543110117
  • https://openalex.org/W2547774404
  • https://openalex.org/W2573715883
  • https://openalex.org/W2951745211