【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】有機(jī)太陽(yáng)能電池(OSC)因具有質(zhì)量輕、本征柔性，可溶液法加工等優(yōu)點(diǎn)而受到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注并在過去十年取得了顯著的進(jìn)步，但其能量轉(zhuǎn)化效率(PCE)仍落后于無(wú)機(jī)和鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，這主要是由于其較大的非輻射能量損失導(dǎo)致開路電壓較低。其中，三線態(tài)激子的形成被認(rèn)為是產(chǎn)生非輻射能量損失的主要來(lái)源之一，限制了OSC的進(jìn)一步發(fā)展。
 

　　針對(duì)上述挑戰(zhàn)，黃輝教授、蔡蕓皓副教授團(tuán)隊(duì)通過降低電荷轉(zhuǎn)移態(tài)能量無(wú)序，有效降低了反向電荷轉(zhuǎn)移速率，抑制了三線態(tài)激子的產(chǎn)生，減少了非輻射能量損失，提升了OSC的性能。在本工作中，該團(tuán)隊(duì)以三元策略調(diào)控電荷轉(zhuǎn)移態(tài)的能量無(wú)序作為切入點(diǎn)，通過深入研究，闡明了電荷轉(zhuǎn)移態(tài)能量無(wú)序的降低導(dǎo)致空間上更加離域的極化子對(duì)分布，與局域三線態(tài)激子的空間重疊減少，減小耦合。根據(jù)Marcus半經(jīng)驗(yàn)公式，降低了體系的反向電荷轉(zhuǎn)移速率，為三線態(tài)電荷轉(zhuǎn)移激子的解離提供時(shí)間，從而減少了三線態(tài)激子的生成。最終，采用該策略的三元有機(jī)太陽(yáng)能電池器件獲得了0.183 eV的非輻射能量損失以及20.25%的PCE(認(rèn)證效率為19.82%)，創(chuàng)造了單結(jié)器件的最高記錄值，同時(shí)所獲得的非輻射能量損失是OSC迄今為止報(bào)告的PCE超過19%體系的最小值。這項(xiàng)工作不僅提出了通過降低電荷轉(zhuǎn)移態(tài)無(wú)序抑制三線態(tài)激子形成和非輻射能量損失的新策略，同時(shí)為OSC的性能提升提供了寶貴的見解。
 

　　圖1. a-f有機(jī)太陽(yáng)能電池的能量無(wú)序，3CT與T1的能量差，耦合及反向電荷轉(zhuǎn)移速率
 

　　相關(guān)研究成果以“Highly efficient organic solar cells enabled by suppressing triplet exciton formation and non-radiative recombination”為題，于近日發(fā)表在Nature Communications雜志。李聰琪(中國(guó)科學(xué)院大學(xué)材料學(xué)院2020級(jí)直博生)為該工作的第一作者，姚果(南京大學(xué))、古曉斌(中國(guó)科學(xué)院大學(xué)材料學(xué)院2022級(jí)博士生)為共同第一作者，黃輝教授和蔡蕓皓副教授為通訊作者。上述工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院及中國(guó)科學(xué)院大學(xué)等項(xiàng)目的資助。