Experimentally Calibrated Kinetic Monte Carlo Model Reproduces Organic Solar Cell Current-Voltage Curve

Kinetic Monte Carlo (KMC) simulations are a powerful tool to study the dynamics of charge carriers in organic photovoltaics. However, the key characteristic of any photovoltaic device, its current-voltage ($J$-$V$) curve under solar illumination, has proven challenging to simulate using KMC. The main challenges arise from the presence of injecting contacts and the importance of charge recombination when the internal electric field is low, i.e., close to open-circuit conditions. In this work, an experimentally calibrated KMC model is presented that can fully predict the $J$-$V$ curve of a disordered organic solar cell. It is shown that it is crucial to make experimentally justified assumptions on the injection barriers, the blend morphology, and the kinetics of the charge transfer state involved in geminate and nongeminate recombination. All of these properties are independently calibrated using charge extraction, electron microscopy, and transient absorption measurements, respectively. Clear evidence is provided that the conclusions drawn from microscopic and transient KMC modeling are indeed relevant for real operating organic solar cell devices.Comment: final version; license update

Delocalization Enhances Conductivity at High Doping Concentrations

Many applications of organic semiconductors require high electrical conductivities and hence high doping levels. Therefore, it is indispensable for effective material design to have an accurate understanding of the underlying transport mechanisms in this regime. In this study, own and literature experimental data that reveal a power-law relation between the conductivity and charge density of strongly p-doped conjugated polymers are combined. This behavior cannot consistently be described with conventional models for charge transport in energetically disordered materials. Here, it is shown that the observations can be explained in terms of a variable range hopping model with an energy-dependent localization length. A tight-binding model is used to quantitatively estimate of the energy-dependent localization length, which is used in an analytical variable range hopping model. In the limit of low charge densities, the model reproduces the well-known Mott variable range hopping behavior, while for high charge densities, the experimentally observed superlinear increase in conductivity with charge density is reproduced. The latter behavior occurs when the Fermi level reaches partially delocalized states. This insight can be anticipated to lead to new strategies to increase the conductivity of organic semiconductors

Durabilité de la culture cotonnière selon l'utilisation des insecticides : cas du Togo de 1991-2010

Dans la perception des profanes, le coton est encore associé à la culture consommant le plus d'insecticides néfastes pour la santé et l'environnement. Une telle mauvaise image n'est plus méritée selon une étude internationale, mais les pays producteurs ont peu analysé et informé sur l'évolution de l'utilisation d'insecticides. Cette communication comble la lacune dans le cas du Togo. L'étude est basée sur la reconstitution des séries de données des surfaces emblavées et d'insecticides distribués aux producteurs de coton du Togo, de 1990 à 2010. Les données sur les insecticides concernent les volumes distribués ainsi que leurs compositions en matières actives, permettant ainsi de déduire la consommation de matières actives par hectare. Par ailleurs, les charges toxicologiques vis-à-vis de divers éléments de la faune ont été calculées à partir des indices d'écotoxicité établis par la FAO pour chaque matière active. La consommation de matières actives insecticides au Togo a chuté régulièrement jusqu'à un litre/hectare, du même niveau que l'Australie qui recourt par ailleurs aux variétés génétiquement modifiées. La charge toxicologique, pesant sur l'homme mais aussi sur divers éléments de la faune comme les abeilles ou les daphnés des cours d'eau, a diminué quoique de manière moins régulière. Cette évolution est la conséquence d'une protection limitée depuis trois décennies à moins de six traitements et de l'adoption de nouvelles générations de molécules insecticides. Au Togo, l'utilisation des insecticides dans la culture cotonnière a évolué dans une direction plus compatible avec le souci de la santé humaine et de la préservation de l'environnement, mais cette évolution est extrapolable à tous les pays cotonniers de l'Afrique francophone. Il convient de poursuivre l'évolution engagée dans les décisions relatives aux insecticides à commander, en s'inspirant des indicateurs utilisés dans cette étude. (Résumé d'auteur