【儀表網 研發快訊】有機太陽能電池(OSC)因具有質量輕、本征柔性，可溶液法加工等優點而受到國內外的廣泛關注并在過去十年取得了顯著的進步，但其能量轉化效率(PCE)仍落后于無機和鈣鈦礦太陽能電池，這主要是由于其較大的非輻射能量損失導致開路電壓較低。其中，三線態激子的形成被認為是產生非輻射能量損失的主要來源之一，限制了OSC的進一步發展。
針對上述挑戰，黃輝教授、蔡蕓皓副教授團隊通過降低電荷轉移態能量無序，有效降低了反向電荷轉移速率，抑制了三線態激子的產生，減少了非輻射能量損失，提升了OSC的性能。在本工作中，該團隊以三元策略調控電荷轉移態的能量無序作為切入點，通過深入研究，闡明了電荷轉移態能量無序的降低導致空間上更加離域的極化子對分布，與局域三線態激子的空間重疊減少，減小耦合。根據Marcus半經驗公式，降低了體系的反向電荷轉移速率，為三線態電荷轉移激子的解離提供時間，從而減少了三線態激子的生成。最終，采用該策略的三元有機太陽能電池器件獲得了0.183 eV的非輻射能量損失以及20.25%的PCE(認證效率為19.82%)，創造了單結器件的最高記錄值，同時所獲得的非輻射能量損失是OSC迄今為止報告的PCE超過19%體系的最小值。這項工作不僅提出了通過降低電荷轉移態無序抑制三線態激子形成和非輻射能量損失的新策略，同時為OSC的性能提升提供了寶貴的見解。
圖1. a-f有機太陽能電池的能量無序，3CT與T1的能量差，耦合及反向電荷轉移速率
相關研究成果以“Highly efficient organic solar cells enabled by suppressing triplet exciton formation and non-radiative recombination”為題，于近日發表在Nature Communications雜志。李聰琪(中國科學院大學材料學院2020級直博生)為該工作的第一作者，姚果(南京大學)、古曉斌(中國科學院大學材料學院2022級博士生)為共同第一作者，黃輝教授和蔡蕓皓副教授為通訊作者。上述工作得到國家自然科學基金委、中國科學院及中國科學院大學等項目的資助。
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