南开大学陈永胜 EES: 17.33%@13.5 cm2！大共轭刚性二聚体受体助力效率突破20%!

具有大共轭刚性骨架的非富勒烯受体有利于促进低无序性并降低非辐射复合损失（ΔEnr），从而提高有机太阳能电池（OSCs）的开路电压（V_OC）。然而，由于这些受体的过度聚集，常常会形成不利的活性层形貌，导致短路电流密度（J_SC）和填充因子（FF）较低，进而使得器件效率显著降低。

基于此，南开大学陈永胜、万相见、李晨曦等人报道了一种二聚体受体QD-1，其具有大共轭刚性骨架，展现出低能量无序性、小重组能以及减弱的电-光耦合，所有这些特性都有助于降低ΔEnr并提高电荷迁移率。得益于上述优势以及有利的纤维状形貌，基于PM6:QD-1的二元有机太阳能电池在V_OC、J_SC和FF方面表现出高且平衡的器件参数，从而实现了19.46%的高光电转换效率（PCE），这是利用二聚体受体的二元OSC中的最高值。通过将QD-1引入PM6:BTP-eC9体系，实现了20.19%的显著PCE，并且得益于活性层形貌的优化，所有三个光伏参数均得到改善。此外，基于该三元体系的组件（13.5cm²）实现了17.33%的高PCE。该论文近期以“A Large Conjugated Rigid Dimer Acceptor Enables 20.19% Efficiency in Organic Solar Cells”为题发表在期刊Energy & Environmental Science上。

      总之，作者等人设计了一种新型的二聚体受体 QD-1，其具有大共轭刚性骨架。这种二聚体受体展现出小的重组能、低能量无序性以及弱的电子-光子耦合。凭借这些优势以及混合薄膜良好的纤维状形貌，基于 PM6:QD-1的二元OSCs实现了19.46%的PCE，这是利用二聚体受体的二元器件中的最高PCE。值得注意的是，当 QD-1 被引入PM6:BTP-eC9 混合体系中时，三元器件实现了20.19%的PCE，并展现出增强的热稳定性。这一改进归因于增强的激子解离、降低的电荷复合和非辐射复合损失（ΔEnr），以及相比二元器件更高的载流子迁移率。此外，与二元器件相比，三元有机太阳能电池具有更低的陷阱态密度和更优化的形貌，从而实现了PCE的提升，同时Voc、Jsc和FF均得到改善。最终，制备的有效面积为13.5 cm²的大面积组件，并实现了17.33%的高PCE，处于大面积组件的领先水平。我们的工作展示了大共轭刚性二聚体受体在实现高效率和高稳定性OSCs方面的显著潜力，并将激发对这类大共轭刚性骨架在OSCs中应用的进一步创新探索。

器件制备

器件结构：

ITO/2PACz/active layer/PNDIT-F3N/Ag

1.洗干净的ITO玻璃，臭氧15 min，2PACz 3000rpm 20s旋涂，100℃退火5 min；

2. 总浓度13.2 mg/mL PM6: QD-1 (1:1.2 w/w)+0.3% DIO溶于CF，PM6: BTP-eC9(1:1.2 w/w)，PM6: BTP-eC9: QD-1 (1:1:0.2)，添加80wt%TCB(D和A的总质量)溶解在CF中，室温下搅拌过夜，1800rpm 30s旋涂，100℃退火5 min；

3. 1 mg/mL PNDIT-F3N MeOH+0.5%v/v冰醋酸，3000rpm 20s旋涂；

4.蒸镀150 nm Ag.

模组结构：

glass/ITO/PEDOT:PSS/PM6:BTP-eC9:QD-1/PNDIT-F3N/Ag

1. 洗干净的ITO玻璃，臭氧15 min，PEDOT:PSS 4300rpm 20s旋涂，160℃退火15 min；

2.其他步骤与上述一致。