有机太阳能电池（OSC）因具有质量轻、本征柔性，可溶液法加工等优点而受到国内外的广泛关注并在过去十年取得了显著的进步，但其能量转化效率（PCE）仍落后于无机和钙钛矿太阳能电池，这主要是由于其较大的非辐射能量损失导致开路电压较低。其中，三线态激子的形成被认为是产生非辐射能量损失的主要来源之一，限制了OSC的进一步发展。

图1. a-f有机太阳能电池的能量无序，³CT与T₁的能量差，耦合及反向电荷转移速率

针对上述挑战，课题组通过降低电荷转移态能量无序，有效降低了反向电荷转移速率，抑制了三线态激子的产生，减少了非辐射能量损失，提升了OSC的性能。在本工作中，该团队以三元策略调控电荷转移态的能量无序作为切入点，通过深入研究，阐明了电荷转移态能量无序的降低导致空间上更加离域的极化子对分布，与局域三线态激子的空间重叠减少，减小耦合。根据Marcus半经验公式，降低了体系的反向电荷转移速率，为三线态电荷转移激子的解离提供时间，从而减少了三线态激子的生成。最终，采用该策略的三元有机太阳能电池器件获得了0.183 eV的非辐射能量损失以及20.25%的PCE（认证效率为19.82%），创造了单结器件的最高记录值，同时所获得的非辐射能量损失是OSC迄今为止报告的PCE超过19%体系的最小值。这项工作不仅提出了通过降低电荷转移态无序抑制三线态激子形成和非辐射能量损失的新策略，同时为OSC的性能提升提供了宝贵的见解。

相关研究成果以“Highly efficient organic solar cells enabled by suppressing triplet exciton formation and non-radiative recombination”为题，于近日发表在《Nature Communications》杂志。课题组博士李聪琪为该工作的第一作者，姚果（南京大学）和课题组博士古晓斌为共同第一作者，黄辉教授和蔡芸皓副教授为通讯作者。上述工作得到国家自然科学基金委、中国科学院及中国科学院大学等项目的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-53286-2