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高效有机光伏电池中局域激子与电荷转移态杂化的调控

DOI：10.1002/ange.201915030 期刊：Angewandte Chemie 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要： 降低能量损失是提高有机光伏（OPV）电池效率最可行的方法之一。最新研究表明，非辐射能量损失（ΔEnr）是阻碍当前最先进OPV电池性能进一步提升的主要因素。然而，目前尚缺乏抑制ΔEnr的OPV材料理性分子设计策略。本研究以分子表面静电势（ESP）作为定量参数，建立了化学结构与分子间相互作用之间的普遍关联。结果表明：增大给体与受体间的ESP差异会增强分子间相互作用。在OPV电池中，这种增强的分子间相互作用会提高电荷转移（CT）态在混合局域激子中的比例以促进电荷产生，但同时会导致更大的ΔEnr。这些发现表明，精细调控OPV材料的ESP是进一步提升电池效率的可行途径。
作者： Ye Xu，Huifeng Yao，Lijiao Ma，Ling Hong，Jiayao Li，Qing Liao，Yunfei Zu，Jingwen Wang，Mengyuan Gao，Long Ye，Jianhui Hou
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研究概述 实验方案

研究目的

研究有机光伏电池中分子静电势（ESP）与分子间相互作用的关系，并探索其通过调控局域激子（LE）与电荷转移（CT）态的杂化来降低能量损失、提升电池效率的应用。

研究成果

该研究成功建立了分子静电势（ESP）与分子间相互作用的关系，证明通过调控有机光伏（OPV）材料的ESP可有效调节局域激发态（LE）与电荷转移态（CT）的杂化。该方法能减少非辐射能量损失并提升OPV电池效率，其中基于BTP-4F的器件实现了16.7%的光电转换效率（PCE）。

研究不足

该研究聚焦于ESP与分子间相互作用的关系，但可能未涵盖影响OPV电池性能的所有因素。共混物中的相分离及较小的界面接触面积可能会限制紫外-可见吸收光谱和红外透射光谱中可观测到的差异。

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