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北京师范大学薄志山,青岛大学路皓、Huanxiang Jiang、李晓明团队针对有机太阳能电池中非辐射能量损失过高,进而限制开路电压(Voc)与光电转换效率(PCE)同步提升的关键难题,开发了一种调控二聚体分子构象的新型分子设计策略。研究团队通过调整 π 桥与 IC 端基的连接位点,精准调控二聚体非富勒烯受体的分子平面度,合成出具备扭曲交错折叠构型的新型受体 C-6FL8。
该交错构型可有效削弱分子间 π–π 堆积作用,抑制聚集诱导荧光淬灭(ACQ),显著提升薄膜光致发光量子产率(PLQY)。将 C-6FL8 与给体 D18 共混制备二元器件,可实现 0.998 V 的超高开路电压(Voc);以 C-6FL8 作为第三组分掺入 D18:L8-BO 体系构筑三元器件后,体系非辐射能量损失(ΔEnr)由二元体系的 0.20 eV 降至 0.18 eV,光电转换效率提升至 20.52%,开路电压(Voc)为 0.931 V,填充因子(FF)突破 81.3%,整体性能较二元体系大幅改善。
系列表征结果表明,C-6FL8 能够优化活性层分子堆积与相分离形貌,在维持高效电荷传输、不牺牲短路电流密度(JSC)与填充因子(FF)的基础上,同步抬高开路电压(Voc)并削减非辐射能量损耗。该研究证实,调控二聚体 π 桥连接位点以构筑交错扭曲分子构象,是降低 ΔEnr、全面提升光伏器件性能的有效途径。相关结论为低能量损失、高性能有机太阳能电池的分子设计提供理论依据,同时为有机光伏技术产业化落地提供实践指导。
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文献信息
InterlacedConformation-RegulatedDimericAcceptors:π-BridgeEngineeringStrategyforMinimizingNonradiativeLossinHigh-EfficiencyOrganicSolarCells
HangLv,XiaomingLi,MingjunZhang,HuanxiangJiang,AndongZhang,QiLiang,HaoLu,ZhishanBo
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.71262
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