北京航空航天大学孙艳明、孙晓波、Jiali Song 等人针对有机太阳能电池（OSCs）普遍存在的电压损耗难题开展系统性研究。非富勒烯受体（NFAs）体系中的非辐射复合损耗，是制约器件开路电压（Voc）与光电转换效率（PCE）进一步提升的核心瓶颈。为此，该团队提出一种基于发光型咔唑连接位点异构化的分子设计策略，用于高效抑制体系非辐射复合过程。研究设计并合成了一对咔唑修饰型异构非富勒烯受体 QxCz‑C 与 QxCz‑N，系统探究位点异构引发的空间位阻效应对分子构型、薄膜形貌及光伏性能的调控规律。
理论计算结果表明，两种异构体展现出截然不同的空间构象：碳连接型 QxCz‑C 具有优异的分子共平面结构，而氮连接型 QxCz‑N 骨架存在明显扭曲，咔唑单元与分子主链近乎垂直排布。高平面度的 QxCz‑C 更易与主体材料 BTP‑eC9 均匀共混，可有效提升活性层分子堆积有序度、扩大 π–π 相互作用区域，构建高效的面朝上电荷传输通道，进而优化电荷传输动力学并降低载流子复合速率。与此同时，微量 QxCz‑C 客体掺杂可实现客体向主体的高效能量转移，显著提升共混薄膜的光致发光量子产率（PLQY），有效弱化电子 - 声子耦合效应，从根源上抑制非辐射复合损耗，实现器件开路电压的有效提升。
依托分子构象、电荷传输与非辐射损耗的协同优化效应，PM6:BTP‑eC9:QxCz‑C 三元有机太阳能电池实现了 20.53% 的优异光电转换效率，开路电压可达 0.882 V。该异构化调控策略具备优异的普适性，将其应用于 D18:L8‑BO 体系后，最优器件 PCE 可达 21.10%，处于同期有机太阳能电池的顶尖水平。该研究成功建立了 “连接拓扑结构 — 分子构象 — 非辐射损耗” 的定量构效关系，明确了位点异构化调控光伏性能的内在物理机制，为突破有机光伏器件的电压瓶颈、开发高性能非富勒烯光伏材料提供了通用且高效的设计策略。
Site-Specific Carbazole-Bridged Isomeric Guests Enable Organic Solar Cells with 21.10% Efficiency and Reduced Non-Radiative Recombination
Guangkuo Dai, Le Mei, Jiali Song, Haisheng Ma, Jiawei Deng, Cen Zhang, Yidan An, Liming Liu, Lingyi Ke, Rongqing Zhao, Ziwei Zhang, Zhen Fu, Busheng Zhang, Yi Chan, Xiaoming Li, Jiaying Wu, Zhen Wang, Jun Yan, Xiaotao Hao, Xiaobo Sun, Hin-Lap Yip, Xian-Kai Chen, Yanming Sun
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.73788
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