OSC的低VOC性能是它们与PSC之间存在显著效率差距的主要原因。与PSC相比，其中电压损耗通常降至0.5 V，大多数OSC中的电压损耗超过0.5 V。在某些情况下，OSC中的电压损耗远大于0.5 V。可以预期，如果OSC中的电压损耗可以被缩减到0.5 V以下，则它们的性能无疑将达到新的里程碑。因此，使电压损失最小化是提高OSC光伏性能的关键因素。
基于此，青岛大学刘亚辉等人概述了一种分子设计方法，该方法需要通过掺入降冰片烯的 3D 结构单元，将 3D 结构基序集成到熔环受体分子的中心核心或末端基团中，特别是 LLZ1、LLZ2 和 LLZ3。目的是通过改变这些分子的分子结构来调节这些分子的聚集行为，从而提高受体材料的光致发光量子产率 (PLQY) 值并减少相应器件中的非辐射复合电压损失。我们的研究结果表明，降冰片烯单元的引入有效地抑制了过度的分子聚集，并显着提高了受体分子的 PLQY 值。进一步的研究表明，只有同时具有高 PLQY 和中等结晶度的受体分子 LLZ1 才能在降低器件中的电压损失和增强电荷传输的双重要求之间取得最佳平衡。利用首选分子 LLZ1，在二元体系中实现了 18.0% 的功率转换效率 (PCE)，在三元器件中实现了 20.4% 的功率转换效率 (PCE)，电压损耗大大降低了 0.508V，这是当前 OSC 的最高值之一。综上所述，这项工作为开发低电压损耗和高 PCE 的 OSCs 提供了新的见解和研究方向。该论文近期以“3D‐Architectured Acceptor with High Photoluminescence Quantum Yield and Moderate Crystallinity for High‐efficiency Organic Solar Cells with Low Voltage Loss”为题发表在顶级期刊Advanced Materials 上。
研究亮点：
三维结构电子受体：开发了一种新型3D结构的电子受体，有助于提高有机太阳能电池的性能。
高PLQY和适度结晶度：这种受体展现出高的光致发光量子产率和适中的结晶度，平衡了电池的效率和稳定性。
低电压损失：采用这种受体的有机太阳能电池实现了高效率和低电压损失。
研究内容：
该研究专注于通过分子设计来提高电子受体的性能。科研团队通过精确调控分子结构，实现了受体的3D结构，这种结构不仅提高了光吸收和电荷传输效率，还有助于减少电池的电压损失。
研究意义：
性能提升：这项工作提供了一种通过分子设计来提高有机太阳能电池效率和减少电压损失的新方法。
推动产业化进程：这种3D结构电子受体技术为有机太阳能电池的商业化和大规模生产提供了新的可能性，有助于推动可再生能源技术的发展和应用。
科学贡献：该研究为理解和设计高效率、低电压损失的有机太阳能电池提供了新的视角，对于有机光伏领域的科学进步具有重要贡献。
图文信息
Scheme1. 基于二烯的受体分子LLZ1、LLZ2和LLZ3的合成途径。
图1. a)LLZ 1、LLZ 2和LLZ 3在氯仿溶液中的UV-Vis吸收光谱; B)LLZ 1、LLZ 2和LLZ 3薄膜的UV-Vis吸收光谱; c)LLZ 1、LLZ 2和LLZ 3的能级分布图; d)LLZ 1、LLZ 2和LLZ 3的2D GIWAXS图案。
图2. a)LLZ 1和L 8-BO单晶中的分子堆积(省略侧链); B)LLZ 1和L 8-BO单晶结构中的三种分子间二聚体构型(垂直于β-平面观察)。
图3. a)J-V曲线; B)EQE曲线; c)受体的PLQY沿着器件的相应ΔEnr; d)Jph对Veff曲线; e)JSC随光强度变化的曲线; f)VOC随光强度变化的曲线。
图4. a-c)三种共混物膜的时间分辨吸收差光谱的等高线图。d-f)三种共混物膜在不同延迟时间的TA光谱。g-i)三种共混物膜在选定波长的动力学迹线。
图5. a)J-V曲线; B)EQE曲线; c)PCE和Vloss(对于目前效率超过20%的OSC); d)Jph-Veff曲线; e)JSC随光强度变化的曲线; f)基于D18：LLZ 1、D18：L 8-BO和D18：L 8-BO：LLZ 1的OSCS的VOC随光强度变化的曲线。
图6. D18：L8-BO(a)和D18：L8-BO：LLZ 1(B)共混物膜的2D GIWAXS图案、AFM高度图像、AFM相位图像、TEM图像和原位UV-Vis吸收光谱。
总之，通过在Y型非富勒烯受体分子的中心核和端基分别引入顺丁烯二烯单元，合成了一系列基于顺丁烯二烯单元的小分子受体材料LLZ 1、LLZ 2和LLZ 3，研究结果表明顺丁烯二烯单元的引入可以提高受体分子的PLQY值，从而降低相应OSC的电压损耗，特别是非辐射复合电压损失。然而，异戊二烯单元的引入位置对受体分子聚集行为的影响是不同的。具体地，将异戊二烯单元引入中心核中可以诱导受体分子中形成更有利的J-聚集，将上述受体材料与聚合物给体PBDB-T结合构建光伏器件后，作者鉴定出一种性能优异的受体分子LLZ 1，由于LLZ 1具有显著的J聚集特性、较高的LUMO能级、高的PLQY、高度有序的面子堆积模式以及独特的松散双腔晶体结构，我们成功地将典型给体PBDB-T的光伏性能提高到了18.0%。此外，当将当前性能最好的明星给体D18与LLZ 1分子组合时，作者发现LLZ 1作为受体在降低光伏系统的电压损失方面表现出显著的优势，Vloss仅为0.488 V。随后，将LLZ 1作为第三组分添加到代表性高效二元系统D18中：L 8-BO，并最终将新系统的光伏性能提升至令人满意的20.4%。更重要的是，在实现高PCE的同时，该研究为后续开发更高性能、更低电压损耗的OSC提供了一种可行的方法。
器件制备
器件制备：
glass/ITO/2PACZ/active layer/PDINN/Ag
1. 洗干净的ITO玻璃，UV40min，2PACz 5500rpm 25s旋涂，70℃退火1 min;
2. 将CF溶液中的聚合物和受体混合物在100°C下搅拌30分钟，以确保固体完全溶解。PBDB-T和LLZ1/LLZ2/LLZ3的重量比为1:1，PBDB-T的浓度为5.3mg/mL。D18和L8-BO/LLZ1的重量比也为1:1，D18的浓度为4.5mg/mL。D28:L8-BO:LLZ1的重量比是1:1:0.2，D18浓度为4.5mg/L。然后将混合物的溶液以不同的转速旋涂到2PACz层上。然后在100 ℃下退火 1min。
3. PDINN 1mg/ml于甲醇，3000rpm 旋涂;
4. 蒸镀100 nm Ag.
文章信息
X. Zhu, C. Gu, Y. Cheng, H. Lu, X. Wang, G. Ran, W. Zhang, Z. Tang, Z. Bo, Y. Liu, 3D‐Architectured Acceptor with High Photoluminescence Quantum Yield and Moderate Crystallinity for High‐efficiency Organic Solar Cells with Low Voltage Loss. Advanced Materials, (2025).
DOI: 10.1002/adma.202507529
索比光伏网 https://news.solarbe.com/202506/24/390652.html
