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中科院化學所劉峰/朱曉張，最新Nature Energy！

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

通訊作者：劉峰，朱曉張

通訊單位：中國科學院化學研究所

論文速覽

對于有機太陽能電池（OSCs）而言，要彌補與肖克利-奎塞極限之間的差距，必須同時降低高開路電壓下的能量損耗，提高光利用率以增強短路電流密度，并通過分子設計和器件工程保持高填充系數的理想納米形態。

本文通過設計并合成了一種具有不對稱結構的非富勒烯受體（Z8），該受體通過引入苯基來形成三元有機太陽能電池中的合金受體。這種不對稱結構有效減少了非輻射能量損失和電荷復合，同時苯基取代的烷基側鏈改善了分子間相互作用，提高了薄膜的納米形貌，實現了高效的激子解離和減少的電荷復合。研究團隊展示了基于D18: Z8: L8-BO三元混合物的有機太陽能電池，效率達到了20.2%（認證效率為19.8%）。

通過理論計算，研究了光子和載流子損失的整體分布，并分析了開路電壓、短路電流密度和填充因子的潛在改進空間，為有機太陽能電池性能的進一步發展提供了合理指導。

圖文導讀

圖1：材料和器件性能。

圖2：電荷動力學分析。

圖3：形貌表征。

圖4：理論計算。

總結展望

本研究通過引入具有不對稱結構和苯基取代烷基側鏈的非富勒烯受體Z8，實現了與L8-BO形成的合金受體，顯著提高了有機太陽能電池的效率至20.2%。實驗結果和理論計算表明，Z8的引入不僅減少了能量損失和電荷復合，而且通過改善分子間相互作用和納米形貌，提高了激子解離和電荷傳輸效率。

此外，研究還對光子和載流子損失進行了詳細分析，為進一步提高有機太陽能電池的性能提供了明確的方向。未來的工作將集中在材料創新和器件工程上，以期達到更高的光電轉換效率，推動有機太陽能電池技術的發展。

文獻信息

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

期刊：Nature Energy

DOI：10.1038/s41560-024-01557-z

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