通过端基π-π堆积减小单重态-三重态能隙以实现高效有机光伏器件

摘要： 为提高有机太阳能电池的功率转换效率，必须同时增强光吸收并减少能量损失。最低单重态（S1）和三重态（T1）激发态的能量都需接近电荷转移态，以降低激子解离和三重态复合过程中的能量损失。同时，降低S1能量可拓宽光吸收范围。因此，缩小单重态-三重态能隙（ΔEST）至关重要，特别是对于决定器件T1能量的窄带隙材料。虽然最大化分子内推拉效应能大幅减小ΔEST，但必然导致振荡强度减弱和光吸收降低。研究发现，由于适度的推拉效应，当前最先进的A-D-A型小分子受体（ITIC、IT-4F和Y6）具有较大的振荡强度（≈3）和适中的ΔEST（0.4-0.5 eV）。值得注意的是，薄膜中常见的端基π-π堆积可使S1能量显著降低近0.1 eV，而T1能量几乎不变。所实现的ΔEST减小对有效抑制三重态复合并获得较小的激子解离驱动力至关重要。因此，端基π-π堆积是实现高效有机光伏器件低能量损失与高效光吸收的有效途径。