北航孫艷明Angew：窄 ΔE??二聚體受體抑制三線態(tài)損失，實(shí)現(xiàn)有機(jī)太陽(yáng)能電池20.85%效率

主要內(nèi)容

較高的非輻射能量損失已成為制約有機(jī)太陽(yáng)能電池（OSCs）性能提升的主要瓶頸，而三線態(tài)激子的形成是造成該損失的首要誘因。縮小窄帶隙受體中**單線態(tài)與三線態(tài)激發(fā)態(tài)的能級(jí)差（ΔE??），被視為緩解這一問(wèn)題的有效策略。

針對(duì)該問(wèn)題，北京航空航天大學(xué)孫艷明、王鎮(zhèn)和青島大學(xué)紡織服裝學(xué)院李曉明等人以具有發(fā)光特性的熱激活延遲熒光（TADF）分子為橋連單元，成功設(shè)計(jì)并合成了一種Y型二聚體受體材料DY-TXT。相較于傳統(tǒng)非富勒烯受體（NFAs），該材料在薄膜狀態(tài)下的光致發(fā)光量子產(chǎn)率（PLQY）大幅提升至6.7%，且相較于傳統(tǒng)非富勒烯受體，其ΔE??被顯著降至約0.1 eV。

研究團(tuán)隊(duì)將DY-TXT作為第三組分引入D18:L8-BO主體活性層體系，研究發(fā)現(xiàn)，該材料可優(yōu)化分子堆積方式與活性層形貌，進(jìn)而促進(jìn)高效的電荷產(chǎn)生與傳輸；同時(shí)還能提高三元共混體系的熒光效率，顯著抑制三線態(tài)激子的形成，有效降低OSCs的非輻射能量損失（E??）。此外，較小的ΔE??可促進(jìn)反向系間竄越（reverse intersystem crossing, RISC）過(guò)程，實(shí)現(xiàn)三線態(tài)激子的循環(huán)利用。

最終，基于該策略制備的器件實(shí)現(xiàn)了20.85%的優(yōu)異光電轉(zhuǎn)換效率（PCE），同時(shí)獲得0.932 V的開(kāi)路電壓（Voc），核心支撐為0.194 eV的低非輻射能量損失。

綜上，本研究明確了三線態(tài)激子形成與能量損失的關(guān)鍵作用，提出了一種**價(jià)值的材料設(shè)計(jì)策略。該策略不僅突破了有機(jī)太陽(yáng)能電池當(dāng)前的效率瓶頸，證實(shí)了通過(guò)調(diào)控受體結(jié)構(gòu)抑制三線態(tài)介導(dǎo)能量損失的有效性，更為有機(jī)光伏材料的未來(lái)發(fā)展開(kāi)辟了廣闊前景。

文獻(xiàn)信息

Dimeric Acceptor with Small Singlet-Triplet Energy Gap Enables Suppressed Triplet Loss and 20.85% Efficiency of Organic Solar Cells

Lingzhi Guo, Lunbi Wu, Dr. Huotian Zhang, Yiyang Pan, Dr. Xiaoming Li, Xiaobin Dong, Dr. Jingyi Kong, Min Hun Jee, Minqiang Mai, Dr. Sha Liu, Prof. Han Young Woo, Tao Jia, Zujin Zhao, Prof. Feng Gao, Dr. Zhen Wang, Prof. Yanming Sun

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202524341

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