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Strong light-matter coupling for reduced photon energy losses in organic photovoltaics

  • Strong light-matter coupling can re-arrange the exciton energies in organic semiconductors. Here, we exploit strong coupling by embedding a fullerene-free organic solar cell (OSC) photo-active layer into an optical microcavity, leading to the formation of polariton peaks and a red-shift of the optical gap. At the same time, the open-circuit voltage of the device remains unaffected. This leads to reduced photon energy losses for the low-energy polaritons and a steepening of the absorption edge. While strong coupling reduces the optical gap, the energy of the charge-transfer state is not affected for large driving force donor-acceptor systems. Interestingly, this implies that strong coupling can be exploited in OSCs to reduce the driving force for electron transfer, without chemical or microstructural modifications of the photoactive layer. Our work demonstrates that the processes determining voltage losses in OSCs can now be tuned, and reduced to unprecedented values, simply by manipulating the device architecture.

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Verfasserangaben:Vasileios C. Nikolis, Andreas MischokORCiD, Bernhard SiegmundORCiD, Jonas KublitskiORCiD, Xiangkun Jia, Johannes BenduhnORCiD, Ulrich HörmannORCiDGND, Dieter NeherORCiDGND, Malte C. Gather, Donato SpoltoreORCiD, Koen Vandewal
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-019-11717-5
ISSN:2041-1723
Pubmed ID:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31420555
Titel des übergeordneten Werks (Englisch):Nature Communications
Verlag:Nature Publ. Group
Verlagsort:London
Publikationstyp:Wissenschaftlicher Artikel
Sprache:Englisch
Datum der Erstveröffentlichung:16.08.2019
Erscheinungsjahr:2019
Datum der Freischaltung:30.11.2020
Band:10
Seitenanzahl:8
Fördernde Institution:German Federal Ministry of Education and Research (BMBF) through the Innoprofile project "Organische p-i-n Bauelemente2.2"Federal Ministry of Education & Research (BMBF) [FKZ 03IPT602X]; Volkswagen FoundationVolkswagen [93404]; Deutsche ForschungsgemeinschaftGerman Research Foundation (DFG) [404587082]; German Academic Exchange Service (DAAD)Deutscher Akademischer Austausch Dienst (DAAD) [57214224]; German Research Foundation (DFG) within the collaborative research center 951 "Hybrid Inorganic/Organic Systems for Opto-Electronics (HIOS)German Research Foundation (DFG)
Organisationseinheiten:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Physik und Astronomie
DDC-Klassifikation:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 53 Physik / 530 Physik
Peer Review:Referiert
Publikationsweg:Open Access / Gold Open-Access
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