南开大学陈永胜、阚斌、龙官奎、WanyingFeng等人针对无添加剂有机太阳能电池（OSCs）难以同步实现形貌优化与能量损失抑制的核心难题，提出了一种新型卤化第三组分调控策略，用于精准调控无添加剂D18:L8‑BO共混体系的分子堆积特性与激子-振动耦合行为。研究通过分别引入eC9‑4F、eC9‑4Cl、eC9‑4Br三种不同卤化修饰组分，系统探究了卤素取代效应对分子间相互作用、微观堆积形貌及光诱导动力学过程的调控规律。
实验结果表明，氟化第三组分eC9‑4F展现出最优的改性效果。氟取代可构建静电调控与分子堆积的最优平衡关系，显著增强分子间静电作用，优化局域堆积构型并大幅提升薄膜π–π堆积有序度。优化后的微观结构有效抑制了激子-振动耦合效应，降低非辐射振动耗散与体系能量损失，将器件能量损失降至0.524eV，激子扩散长度提升至52.60nm，同时显著优化电荷产生、输运与抽取性能。
基于该策略构筑的无添加剂D18:L8‑BO:eC9‑4F刚性器件，实现了20.63%的超高光电转换效率，第三方认证效率达20.07%，性能位居同期已报道无添加剂有机太阳能电池的顶尖水平。基于聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）基底的柔性器件可实现19.34%的光电转换效率（认证效率18.65%），且器件活性面积扩大至0.16cm²时，仍可保持18.74%的优异效率，充分展现了优异的力学适配性与实际应用潜力。
该研究系统揭示了分子堆积、能量无序、振动耗散与电荷动力学之间的多尺度耦合机理，证实卤化第三组分工程是构筑低损耗、高效率、高柔性无添加剂有机太阳能电池的有效策略，为高性能有机光伏器件的分子设计与性能优化提供了全新的技术思路与理论支撑。
文献信息
MultifunctionalHalogenatedThirdComponentsEnableAdditive-FreeOrganicSolarCellswith20.63%EfficiencyviaRegulatingMolecularStackingandSuppressingExciton-VibrationCoupling
LuxinFeng,JiaWang,JingwenYang,TianqiChen,BaofaLan,WanyingFeng,GuankuiLong,BinKan,YongshengChen
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.71457
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