Транспортное сопротивление наносит ответный удар: раскрытие его влияния на потери фактора заполнения в органических солнечных элементах

Фактор заполнения (FF) является важным параметром эффективности солнечного элемента, однако его аналитическое описание затруднено из-за взаимного влияния процессов рекомбинации и извлечения заряда. Помимо рекомбинации, существенным фактором, связанным с потерями FF и до сих пор остававшимся без должного внимания, является влияние переноса заряда. В большинстве современных органических солнечных элементов основные ограничения FF обусловлены не только безызлучательной рекомбинацией, но и низкой проводимостью органических полупроводников. Более детальный анализ показывает, что даже в солнечных элементах с наивысшей эффективностью потери характеристик из-за транспортного сопротивления являются значительными. Этот результат подчеркивает необходимость усовершенствованных моделей для точного прогнозирования FF. В настоящей работе аналитическая модель транспортного сопротивления расширена на более общий случай за счет учета энергетического беспорядка. Предложен простой набор уравнений для прогнозирования FF солнечного элемента, позволяющий дифференцировать потери, обусловленные рекомбинацией и транспортным сопротивлением. Аналитическая модель подтверждена с использованием большого набора экспериментальных данных по ток–напряжение и зависимостей напряжения холостого хода от интенсивности освещения, полученных в широком диапазоне температур. На основе полученных результатов представлены важные сведения о стратегиях снижения потерь FF, что способствует разработке более эффективных конструкций солнечных элементов и стратегий их оптимизации.