通过分子异构化诱导激发态简并实现有机光伏超低非辐射电压损失

《Energy Advances》：Breaking the Electron-Phonon Coupling Bottleneck via Conformational Restriction for Ultra-Low Voltage LossOpen Access

　　

有机材料由于电子结构对分子核构型的强依赖性，本质上表现出显著的电声子耦合，这通常导致有机光伏的光致电压损失（ΔVnr）与其光学带隙相比出现相当大的非辐射损失。主要挑战在于量化归因于电声子相互作用的能量损失，从而限制了分子理性设计规则以减少这些损失。在本研究中，我们展示了分子异构化在分子层面重塑激发态动力学，从而减少能量损失。通过整合第一性原理建模、超快光谱学和器件分析，我们发现异构化在第二激发态（S2）和第一激发态（S1）之间诱导了简并，创造了一个热激子流形，绕过Kasha规则并促进高效的反Kasha发射。这提供了一种新的分子设计策略，通过通过高位的激发态重新定向激发态能量流来最小化电压损失，而不是仅仅依赖抑制S?态中的振动耦合。多激发态Marcus理论分析表明，异构化材料在超低电声子耦合区域内运行，理论上ΔVnr的下限为0.136 eV——显著低于实验报道值（ΔVnr ~0.20 eV）。对异构化给体-受体体系的定量评估始终显示出降低的ΔVnr（0.184 eV vs. 0.265 eV），相应的开路电压（VOC）也得到改善，为0.92 V，而对照组为0.81 V。最终，我们强调了两条关键的分子设计指南：构象锁定以减少Franck-Condon位移，以及异构化以诱导激发态简并从而消除非辐射路径。

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? 2026 作者所有。由皇家化学会出版

2026

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