巨力光電（北京）科技有限公司
浙大陳紅征Solar RRL：小分子受體接枝噻吩環(huán)，OSCs非輻射能量損失“一降到底”！發(fā)表時(shí)間：2025-09-22 09:50
主要內(nèi)容 在有機(jī)太陽能電池（OSCs）的研究中，非輻射能量損失（ΔEnrs）是制約其光電轉(zhuǎn)換效率（PCEs）提升的關(guān)鍵因素之一。非輻射能量損失主要源于激子在復(fù)合過程中以非輻射的形式釋放能量，這會(huì)導(dǎo)致電池的輸出電能減少，從而限制了光電轉(zhuǎn)換效率的提高。因此，降低非輻射能量損失對(duì)于實(shí)現(xiàn)高效有機(jī)太陽能電池至關(guān)重要。 為攻克這一難題，浙江大學(xué)陳紅征教授、施敏敏教授帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)展開深入研究。團(tuán)隊(duì)聚焦于常見的小分子受體（SMA），通過在其末端引入不同給電子能力的基團(tuán)進(jìn)行改性。具體而言，分別在常見小分子受體的末端連接噻吩、2 - 甲基噻吩和2 - 氯噻吩環(huán)，成功設(shè)計(jì)合成了三種新型小分子受體TIC、MTIC和CTIC。引入不同噻吩環(huán)預(yù)期會(huì)改變小分子受體的電子云分布，進(jìn)而影響其分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移（ICT）效應(yīng)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著噻吩環(huán)給電子能力逐漸增強(qiáng)，這三種新型小分子受體的ICT效應(yīng)呈現(xiàn)出按CTIC＞TIC＞MTIC順序逐漸減弱的特性。這是因?yàn)榻o電子能力強(qiáng)的基團(tuán)會(huì)使分子內(nèi)的電子云更偏向該基團(tuán)一側(cè)，從而增強(qiáng)ICT效應(yīng)；反之，給電子能力弱的基團(tuán)對(duì)電子云的吸引作用相對(duì)較小，ICT效應(yīng)也就較弱。 與之相反，基于CTIC、TIC和MTIC的有機(jī)太陽能電池的電致發(fā)光量子效率（Electroluminescence Quantum Efficiency，EQEEL）卻呈單調(diào)遞增趨勢(shì)，分別達(dá)到0.27%、0.36%和0.44%。這是因?yàn)镮CT效應(yīng)的減弱減少了激子在復(fù)合過程中的非輻射能量損失，使得更多的能量能夠以光的形式發(fā)射出來，從而提高了電致發(fā)光量子效率。同時(shí)，對(duì)應(yīng)的ΔEnrs則逐漸降低，依次為0.153 eV、0.145 eV和0.140 eV，這些數(shù)值均為目前有機(jī)太陽能電池中的**值之一。 這種化學(xué)改性不僅影響了ICT效應(yīng)，還對(duì)小分子受體的分子堆積產(chǎn)生了影響。相較于BTP - eC9，這三種新型小分子受體由于化學(xué)結(jié)構(gòu)的改變，分子間作用力發(fā)生變化，使得分子堆積變得相對(duì)松散。松散的分子堆積結(jié)構(gòu)有利于電荷的傳輸和分離，減少了電荷復(fù)合的概率，進(jìn)而提升了光致發(fā)光性能，使得其輻射復(fù)合概率逐漸增加。因此，基于CTIC、TIC和MTIC的有機(jī)太陽能電池展現(xiàn)出了令人驚嘆的電致發(fā)光量子效率，且與三種小分子受體ICT效應(yīng)的減弱趨勢(shì)高度吻合，最終實(shí)現(xiàn)了極低的非輻射能量損失。 此外，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步探索了CTIC的應(yīng)用潛力。當(dāng)將CTIC引入經(jīng)典的PM6:BTP - eC9二元體系時(shí)，CTIC作為第三組分可以調(diào)節(jié)二元體系的能級(jí)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化電荷的傳輸和收集，從而使得所得的三元有機(jī)太陽能電池的開路電壓（Voc）提升至0.864 V，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了更高的光電轉(zhuǎn)換效率，達(dá)18.82%。 本研究充分表明，削弱小分子受體的ICT效應(yīng)是實(shí)現(xiàn)有機(jī)太陽能電池能量損失降低的有效策略。浙江大學(xué)陳紅征教授、施敏敏教授團(tuán)隊(duì)的這一研究成果，不僅為高發(fā)光性小分子受體的分子設(shè)計(jì)提供了有價(jià)值的參考，還為開發(fā)高效有機(jī)太陽能電池開辟了新的途徑。未來，基于該研究成果的分子設(shè)計(jì)策略有望應(yīng)用于更廣泛的有機(jī)光伏材料體系，推動(dòng)有機(jī)太陽能電池在可穿戴設(shè)備、分布式能源等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用，為解決能源問題做出更大貢獻(xiàn)。
文獻(xiàn)信息 Attaching Electron-Donating Thiophene Rings on Small Molecule Acceptors for Organic Solar Cells with Ultra-Low Nonradiative Energy Losses Yecheng Shen, Yiming Wang, Yimei Zhang, Chenhe Wang, Yuxuan Zhu, Yibo Kong, Adiljan Wupur, Caiwei Zhang, Mengting Wang, Chang Gao, Xiukun Ye, Zaifei Ma, Haiming Zhu, Minmin Shi, Hongzheng Chen https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/solr.202500614
- 產(chǎn)品咨詢及購買請(qǐng)聯(lián)系我們 - |
聯(lián)系郵箱
info@giantforce.cn
聯(lián)系電話
北京分機(jī)1：010-57103010
北京分機(jī)2：010-57299942
北京公司通訊地址：北京市通州區(qū)新華西街58號(hào)院萬達(dá)廣場(chǎng)B座1311
武漢公司通訊地址：武漢市洪山區(qū)關(guān)山街道虎泉街永利國際2714
北京李經(jīng)理
18911365393
北京劉經(jīng)理
18911365396
武漢劉經(jīng)理
18911365395