阿扎-吡喃类受体通过协同调控分子有序结构与能量无序状态，实现了低能量损失的有机太阳能电池

《Science China-Materials》：Aza-pyran-type acceptors enable low-energy-loss organic solar cells via synergistic regulation of molecular ordering and energetic disorder

　　

摘要

实现低能量损耗的有机太阳能电池需要精确调控能量无序性和分子间堆积结构，这在全球范围内仍然是分子设计层面的一个挑战。本文提出了一种基于氮杂吡喃类型的分子设计策略，该策略结合了sp3杂化的氮原子核心和吡喃结构单元，以调控非富勒烯受体的聚集行为及能量无序性。我们开发了两种代表性的受体D10和D11，二者均显示出较宽的吸收光谱和高开路电压；其中D10还具有更平衡的聚集状态和更好的长程分子有序性。当这两种受体作为客体受体引入PM6:L8-BO体系后，优化的三元器件获得了19.86%的功率转换效率以及0.89伏的高开路电压（V_OC）。详细的光电学分析表明，这种三元体系中的非辐射能量损耗（ΔE₃ ≈ 0.23 eV）显著降低，电致发光量子效率（～1.17 × 10^?4）得到提升，同时能量无序性（E_U = 25 meV）也有所减弱。GiWAXS和电荷传输研究进一步证实，引入D10后晶体畴尺寸增大，π-π堆叠更加有序，从而促进了载流子的平衡传输并抑制了复合现象。这项工作建立了一种有效的分子设计范式，将氮杂吡喃分子工程与能量损耗控制相结合，为开发高效、低能量损耗的有机太阳能电池提供了新的见解。