Bulk-heterojunction organic photovoltaic devices with non-fullerene acceptors (NFAs) exhibit efficient hole transfer with small interfacial energy offset, resulting in power conversion efficiencies above 17% in single junction devices using the high-performance NFA of Y6. However, the underlying mechanism responsible for the hole transfer channel in the polymer/Y6 blends remains poorly understood. Herein, we report that the hole transfer channel of photocharge generation is mediated by an intra-moiety excited state in a blend of donor polymer PM6 and NFA Y6 using broadband transient absorption (TA) spectroscopy. By comparing the TA data recorded from the solution and film Y6 samples, we identify the ultrafast formation of an intra-moiety excimer state together with the conversion from the primary local excitation on a time scale of ~ 0.2 ps in the Y6 film. The intra-moiety excimer state acts as the intermediate for hole transfer channel which dissociates into free polarons on a time scale of ~15 ps in the PM6/Y6 blend at room temperature. The intra-moiety intermediate state, arising from the intermolecular coupling in Y6 domains, is markedly different from the interfacial charge transfer state which is commonly accepted as the intermediate state for electron transfer channel. These findings suggest that manipulating the interplay between intra-moiety and interfacial excited species can provide a promising route for further improving device performance.

中文翻译：

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从高性能 PM6:Y6 有机光伏混合物中的内部中间态电荷分离

具有非富勒烯受体 (NFA) 的体异质结有机光伏器件表现出有效的空穴转移和较小的界面能量偏移，从而使使用 Y6 的高性能 NFA 的单结器件的功率转换效率高于 17%。然而，聚合物/Y6 共混物中空穴传输通道的潜在机制仍然知之甚少。在此，我们使用宽带瞬态吸收 (TA) 光谱报告了光电荷产生的空穴传输通道是由供体聚合物 PM6 和 NFA Y6 的混合物中的部分内激发态介导的。通过比较从溶液和薄膜 Y6 样品记录的 TA 数据，我们确定了内部准分子状态的超快形成以及在 ~ 0 的时间尺度上从主要局部激发的转换。Y6电影中的2 ps。在室温下，PM6/Y6 混合物中的内部准​​分子状态作为空穴传输通道的中间体，在约 15 ps 的时间尺度上解离成自由极化子。由 Y6 结构域中的分子间耦合引起的部分内中间态明显不同于界面电荷转移态，后者通常被认为是电子转移通道的中间态。这些发现表明，操纵内部部分和界面激发物种之间的相互作用可以为进一步提高器件性能提供一条有前途的途径。由 Y6 域中的分子间耦合引起的，与界面电荷转移状态明显不同，界面电荷转移状态通常被认为是电子转移通道的中间状态。这些发现表明，操纵内部部分和界面激发物种之间的相互作用可以为进一步提高器件性能提供一条有前途的途径。由 Y6 域中的分子间耦合引起的，与界面电荷转移状态明显不同，界面电荷转移状态通常被认为是电子转移通道的中间状态。这些发现表明，操纵内部部分和界面激发物种之间的相互作用可以为进一步提高器件性能提供一条有前途的途径。