高非辐射能量损耗是限制有机太阳能电池（OSCs）开路电压提升与器件性能突破的关键瓶颈。针对这一难题，东华大学胡华伟、香港中文大学（深圳）唐本忠与张健全团队开展相关研究，提出基于扭曲共轭基团的分子调控策略，通过精细调控分子堆积方式与激发态动力学行为，设计并制备了四苯乙烯（TPE）功能化窄带隙受体材料L8-TPE，有效抑制非辐射衰减，显著提升了有机太阳能电池的光电转换效率与综合性能。
单晶测试与掠入射广角X射线散射（GIWAXS）结果表明，TPE扭曲侧链可适度削弱分子端-中心的π-π堆积作用，同时保留稳定的端-端及端-桥连分子间相互作用，构筑疏松且有序的堆积结构，有效缓解了有机受体材料常见的聚集诱导荧光淬灭（ACQ）现象。理论计算进一步证实，TPE改性能够减小单重态-三重态能隙、增强自旋-轨道耦合作用，有望通过反向系间窜越过程提升三重态激子利用率，从激发态层面优化器件光物理特性。
瞬态及变温光致发光测试结果有力证实了上述改性机制。相较于参比材料L8-BO（光致发光量子产率10.2%），L8-TPE的光致发光量子产率提升至18.1%，有效弱化电子-声子耦合、延长发光寿命并显著抑制非辐射衰减。性能测试结果显示，L8-TPE二元体系非辐射能量损耗低至0.145eV，基于D18:L8-BO构筑的三元共混体系非辐射能量损耗仅为0.195eV。得益于分子堆积与激发态动力学的协同优化，三元器件的开路电压、短路电流密度与填充因子均得到同步提升，最终实现20.6%的优异光电转换效率。
瞬态光电流、光电压及飞秒瞬态吸收测试表明，优化后的三元体系具备更高效的载流子抽取效率、更长的载流子寿命以及更低的电荷复合程度。共振软X射线散射与GIWAXS形貌表征进一步证明，三元共混薄膜能够保持优异的面朝上取向与良好的畴区互混结构，为激子迁移与电荷传输提供了理想的微观形貌。该研究表明，基于扭曲共轭基团的精准侧链工程可有效兼顾分子堆积特性、激发态动力学与电荷传输性能，为降低有机太阳能电池非辐射损耗、构筑高性能有机光伏器件提供了可靠的分子设计思路与技术策略。
文献信息
ManipulatingMolecularPackingModeandExcited-StateDynamicsviaTwistedConjugatedGroupsforHigh-PerformanceOrganicSolarCells
ShenboZhu,YongliangZhan,ZhiboWang,ChuanlinGao,JueGuan,CuifenZhang,JunyinDong,HuilinXie,ZaifeiMa,JiayingWu,GuangyeZhang,JianquanZhang,BenZhongTang,HuaweiHu
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.77315
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