中科院化学所朱晓张/刘峰，最新Nature Energy！

第一作者：Yuanyuan Jiang, Shaoming Sun, Renjie Xu

通讯作者：朱晓张，刘峰

通讯单位：中国科学院化学研究所

论文速览

对于有机太阳能电池（OSCs）而言，要弥补与肖克利-奎塞极限之间的差距，必须同时降低高开路电压下的能量损耗，提高光利用率以增强短路电流密度，并通过分子设计和器件工程保持高填充系数的理想纳米形态。

本文通过设计并合成了一种具有不对称结构的非富勒烯受体（Z8），该受体通过引入苯基来形成三元有机太阳能电池中的合金受体。这种不对称结构有效减少了非辐射能量损失和电荷复合，同时苯基取代的烷基侧链改善了分子间相互作用，提高了薄膜的纳米形貌，实现了高效的激子解离和减少的电荷复合。研究团队展示了基于D18: Z8: L8-BO三元混合物的有机太阳能电池，效率达到了20.2%（认证效率为19.8%）。通过理论计算，研究了光子和载流子损失的整体分布，并分析了开路电压、短路电流密度和填充因子的潜在改进空间，为有机太阳能电池性能的进一步发展提供了合理指导。

图文导读

图1：材料和器件性能。

图2：电荷动力学分析。

图3：形貌表征。

图4：理论计算。

总结展望

本研究通过引入具有不对称结构和苯基取代烷基侧链的非富勒烯受体Z8，实现了与L8-BO形成的合金受体，显著提高了有机太阳能电池的效率至20.2%。实验结果和理论计算表明，Z8的引入不仅减少了能量损失和电荷复合，而且通过改善分子间相互作用和纳米形貌，提高了激子解离和电荷传输效率。

此外，研究还对光子和载流子损失进行了详细分析，为进一步提高有机太阳能电池的性能提供了明确的方向。未来的工作将集中在材料创新和器件工程上，以期达到更高的光电转换效率，推动有机太阳能电池技术的发展。

文献信息

标题：Non-fullerene acceptor with asymmetric structure and phenyl-substituted alkyl side chain for 20.2% efficiency organic solar cells

期刊：Nature EnergyDOI：10.1038/s41560-024-01557-z