扭曲全非稠环受体抑制高效三元有机太阳能电池非辐射能量损失

本研究创新性地将扭曲全非稠环受体4T-Si-2NF作为第三组分引入PM6:Y6体系，通过调控分子聚集行为显著降低非辐射损失（ΔEnr），使器件开路电压（VOC）提升至0.861V，外量子电致发光效率（EQEEL）达7.05×10-3，最终实现18.58%的功率转换效率（PCE），为有机太阳能电池（OSCs）形态学调控提供新策略。

　　

亮点

扭曲分子主导的三元策略优化了形态学，促成更高效的电荷转移与传输。更重要的是，非辐射损失显著降低，外量子电致发光效率（EQE_EL）从5.87提升至7.05×10^-3。最终，功率转换效率（PCE）从16.71±0.23%（PM6:Y6）提升至18.58±0.19%（PM6:Y6:4T-Si-2NF）。本工作为提升有机太阳能电池（OSCs）器件性能提供了三元策略。

材料与性能

图1a展示三元体系组分：PM6、Y6和4T-Si-2NF的化学结构。PM6和Y6购自商业来源（Solarmer Materials Inc.）。4T-Si-2NF的合成路线见方案S1（支撑信息），其结构经¹H核磁共振（¹H NMR）谱和质谱（图S1–S2）确认。通常，侧链工程被广泛应用于四噻吩基非稠环受体（NFRA）的分子设计。本文通过硅烷侧链引入扭曲构象，成功实现分子间距离的精准调控。

结论

总之，我们设计合成了扭曲非稠环受体4T-Si-2NF，并将其纳入以PM6为给体、Y6为主体受体的三元有机太阳能电池（OSCs）中。扭曲分子增大了三元共混薄膜的π-π堆积距离，降低了相应三元器件的非辐射损失，使能量损失从5.83eV降至5.64eV。此外，三元器件具有更高效的激子解离和电荷传输能力。这些电荷动力学的升级推动器件性能全面提升。