张茂杰&国霞团队JMCA：不对称非富勒烯受体实现18.7%效率的三元有机太阳能电池

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前言回顾

近年来，由于材料设计以及器件工程的创新，有机太阳能电池（OSCs）的功率转换效率（PCE）取得了重大突破。然而，OSCs中的活性层通常由单个电子给体（D）和受体（A）材料对组成，这就导致对整个太阳光谱的光吸收不足。此外，有限激子寿命和低载流子迁移率也进一步阻碍了OSCs效率的提高。作为上述问题的最有效解决方案之一，研究人员开发出的三元策略不仅可以增强光收集，而且使用相容的双给体（D1:D2）或受体（A1:A2）也可以形成良好混合相，这可以优化形貌并减少电荷重组。因此，选择合适的第三组分至关重要。目前，研究人员也开发出了各种非富勒烯小分子受体（SMAs），并将其引入二元OSCs之中，三元器件的效率超过19%。这其中，不对称SMAs因其在提高器件性能方面的独特优势而逐渐引起研究人员的注意。

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文献简介

基于上述的因素，近日，山东大学/苏州大学张茂杰教授、国霞教授研究团队设计合成了一种不对称非富勒烯SMA，命名为AFIC，并将其引入PM6:BTP-eC9的主体二元体系之中。与PM6和BTP-eC9的原始膜相比，AFIC在550-750 nm的波长范围内具有更强的光吸收能力，这就有利于短路电流密度（JSC）的增强。同时，AFIC显示出比BTP-eC9更高的LUMO能级，这有助于增加三元器件中的开路电压（VOC）。此外，4.16 Debye大偶极矩的AFIC与BTP-eC9具有良好的兼容性，有助于形成分布良好的混合相和优化的形貌，从而可以同时改善三元器件的JSC和填充因子（FF）。

研究结果显示，由于增强了电荷传输，减少了电荷复合，同时延长了载流子寿命，并优化了活性层中的形貌，所制备的最佳三元器件获得了18.7%的优异效率，VOC增加到0.854 V，JSC高达27.7 mA cm-2，FF提高到79.0%，而基于PM6:BTP-eC9的相应二元器件获得了17.5%的效率，VOC为0.845 V，JSC为26.8 mA cm-2，FF为77.6%。这些结果强调了第三组分的重要性，并证明不对称非富勒烯SMAs在构建高效三元OSCs方面具有的巨大潜力。

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文献总结

综上，相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Journal of Materials Chemistry A》上，题为“Enhancing Intermolecular Packing and Light Harvesting through Asymmetric Non-Fullerene Acceptors for Achieving 18.7% Efficiency Ternary Organic Solar Cells”。

本文关键词：有机太阳能电池，非富勒烯受体，三元器件，形貌优化。

转自：“有机钙钛矿光电前沿”微信公众号

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