基于精准寡聚物受体（POA）分子构筑而成的有机太阳能电池（OSC）兼具出色的光电转换效率和优异的稳定性，是目前有机光伏领域的研究热点之一。值得注意的是，较之小分子受体，POA-OSC不仅其开路电压有明显提升，而且在给-受体之间能极差明显减小的情况下，仍然能实现激子的有效解离。但其内在原因一直未得到阐明。鉴于此，我校物理与电子信息学院陆洲教授与安徽大学余志鹏副教授、浙江大学李昌治教授、浙江大学科创中心刘志玺研究员等合作，深入研究了不对称二聚受体分子中双臂之间连接方式对其激发态动力学与光电转换性能的影响，为揭示高开路电压POA-OSC材料中激子高效解离的微观机制提供了新的实验证据。
研究团队首次采用基于5,5-二辛基-5H-二噻吩并[3,2-b:2',3'-d]吡喃的不对称基团作为连接体，设计并合成了两种二聚受体o-YT和i-YT（图1），不仅有效提高了受体的能级，还对受体分子的构象实现了调控。研究发现：i-YT同时展现出折叠体构象和拓展构象；而o-YT仅存在拓展构象。在此基础上，研究团队通过一系列具有飞秒时间分辨的瞬态吸收实验进一步揭示：在i-YT薄膜中，定域激子(LE)可以更有效地转化为离域激子(DSE)。因此，在PM6:i-YT共混膜中，即使给体与受体分子之间的能极差几乎为零，处于离域状态的激子在给-受体界面处仍然可以高效地解离，并将空穴从受体快速转移至给体；同时其电子-空穴复合速率也更慢。根据这一原理，研究团队在基于PM6:i-YT材料的有机光伏器件中同时获得了高达0.93 V的开路电压和超过18%的光电转化效率。不仅如此，器件稳定性也表现得更为优异：在经过1400小时的持续光照后，光电转换效率依然能够保持在其初始值的85%水平。
图1. (a) 采用不同连接方式的不对称二聚受体；(b) 相应的构象转变图；(c) 在 POAs中接近零能级差时连接子介导激子解离的机制
相关工作以“Linker-Mediated Delocalized Excited States in Dimeric Acceptors Enable Efficient Exciton Dissociation with Negligible Energy-level Offsets”为题，近日发表于国际顶级学术刊物《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）。我校陆洲教授、安徽大学余志鹏副教授、浙江大学科创中心刘志玺研究员和浙江大学李昌治教授为本文通讯作者。我校物理与电子信息学院2022级硕士研究生徐新杰同学作为本文共同第一作者全程参与了该项工作。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202415994。