凡群平一天兩篇Angew： PCE 20.26%！基于三蝶烯的3D結(jié)構(gòu)高熒光非富勒烯受體助力OSCs

主要內(nèi)容

開(kāi)發(fā)兼具窄帶隙特性與高光致發(fā)光量子產(chǎn)率（PLQY）的非富勒烯受體（NFA）材料是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)，但同時(shí)也是降低非輻射能量損耗、提升有機(jī)太陽(yáng)能電池（OSC）光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）的有效策略。

西安交通大學(xué)凡群平、中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所江浪、云南大學(xué)蘇寧及陳建華、湘潭大學(xué) Manjun Xiao 等研究者設(shè)計(jì)并合成了一款 Y 系列非富勒烯受體（Y-NFA），將其命名為 TQX-IC。該受體通過(guò)向 Y 系列受體中心核引入基于三蝶烯結(jié)構(gòu)、兼具 “三維結(jié)構(gòu)” 與 “高熒光特性” 的取代基構(gòu)建而成，可有效抑制聚集誘導(dǎo)淬滅效應(yīng)（ACQ），其光致發(fā)光量子產(chǎn)率高達(dá) 12.80%，是目前已報(bào)道的 Y 系列非富勒烯受體中的最高值之一。通過(guò)與平面結(jié)構(gòu)對(duì)照受體 Me-Y 的系統(tǒng)對(duì)比驗(yàn)證，TQX-IC 在二元和三元有機(jī)太陽(yáng)能電池中均展現(xiàn)出顯著優(yōu)越性。二元體系中，PM6:TQX-IC 的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá) 16.12%，遠(yuǎn)超 PM6:Me-Y 體系的 13.47%；D18:TQX-IC 則表現(xiàn)出 0.963 V 的高開(kāi)路電壓（Voc），且非輻射能量損耗（E3）低至 0.148 eV，顯著優(yōu)于 D18:Me-Y 體系（Voc=0.911 V，E3=0.209 eV）。將 TQX-IC 作為第三組分分別引入 D18:BTP-eC9 和 D18:L8-BO 二元共混體系后，所制備的三元有機(jī)太陽(yáng)能電池（D18:BTP-eC9:TQX-IC 與 D18:L8-BO:TQX-IC）光電轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到 19.48% 和 20.26%，不僅顯著高于其對(duì)應(yīng)的二元母體器件（18.48%、18.98%），也遠(yuǎn)超基于 Me-Y 的三元對(duì)照器件（18.19%、18.23%）。

三元體系的性能提升源于多種效應(yīng)的協(xié)同作用：非輻射能量損耗降低、激子動(dòng)力學(xué)優(yōu)化、電荷傳輸 / 收集效率提升，以及共混膜形貌改善且垂直組分分布均衡。這些優(yōu)勢(shì)均歸因于三蝶烯取代基兼具“聚集抑制劑”和“熒光增強(qiáng)劑” 的獨(dú)特雙重功能。該研究證實(shí)，將 “三維結(jié)構(gòu)” 與 “高熒光特性” 取代基整合到非富勒烯受體中，是實(shí)現(xiàn)窄帶隙受體高光致發(fā)光量子產(chǎn)率的可靠設(shè)計(jì)范式，為高性能三元有機(jī)太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

文獻(xiàn)信息

Triptycene-Derived 3D-Architectured Non-fullerene Acceptor with High Luminescence Enables 20.26% Efficiency Organic Solar Cells

Haotian Wu, Wenzheng Zhang, Kai Xiang, Yirong Li, Jianhua Chen, Hairui Bai, Xunchang Wang, Manjun Xiao, Ning Su, Renqiang Yang, Lang Jiang, Qunping Fan

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.202522982

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