基于三维结构的高荧光量子产率且适度结晶的受体构建低电压损失型高效有机太阳能电池

近年来，有机太阳能电池（OSCs）的光电转换效率（PCE）得到了显著提升。然而，其性能与晶硅太阳能电池和钙钛矿太阳能电池相比，仍存在着较大差距，这主要是由于OSCs中存在相对较高的电压损失。目前，大量研究已经证实通过在OSCs中引入具有高荧光量子产率（PLQY）的窄带隙受体材料来提升相应器件的电致发光效率，是一种有效降低OSCs电压损失的途径。但是，如何设计这一类型的受体材料仍然是OSCs领域所面临的一项重大挑战。

文章简介

近日，来自青岛大学/北京师范大学的薄志山教授与青岛大学的刘亚辉教授、路皓副教授和祝向伟教授，在国际知名期刊Advanced Materials上发表题为“3D-Architectured Acceptor with High Photoluminescence Quantum Yield and Moderate Crystallinity for High-efficiency Organic Solar Cells with Low Voltage Loss”的研究型文章。该文章通过在稠环受体材料中嵌入三维立体的降冰片烯结构单元，有效抑制了受体分子的过度聚集，协同提升了自身的荧光量子产率，进而在有机太阳能电池中实现了高达20.4%光电转换效率以及0.508 V的极低电压损失。 

本文要点

要点一：分子结构创新

该研究提出了一种新颖的分子设计策略：通过在传统窄带隙稠环受体分子中引入三维结构单元，来构建兼具高荧光量子产率与适度结晶性的受体材料。这一独特的分子设计思路突破了传统受体材料对大平面结构的依赖，通过精心引入三维结构单元，作者得以对受体分子的分子间相互作用以及聚集态结构实施精细调控，也有助于同步激发出受体分子的高效发光特性和高效电荷传输特性，从而为获取性能更为优异的受体材料开辟了一条崭新的研究思路。

要点二：工作机制明晰

该研究成功揭示了新型受体材料的化学结构与其聚集行为以及荧光量子产率之间的本质关联，并在此基础上建立起了材料的化学结构与相应器件的电压损失及光伏性能之间的“构-效”关系。基于这一认识，作者得以更加理性地设计并优化受体分子的化学结构，并将其用于构建更加高效的有机光伏器件。

要点三：器件性能突破

在稠环受体分子中引入三维结构单元，对于降低相应光伏体系的电压损失具有重要价值。特别值得一提的是，作者将优化后的受体分子LLZ1作为一种有效的电压损失抑制组分，引入由D18和L8-BO构成的经典二元光伏体系时，不但获得了20.4%的高光电转换效率，更创下了效率超过20%的有机太阳能电池中电压损失低至0.508 V的极佳表现。

论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202507529