国家纳米中心等在低驱动力有机太阳能电池的电荷发生机理研讨中获
近年来，跟着给体-受体-给体(A-D-A)型非富勒烯受体的开展，有机太阳能电池的功能得到显着进步，尤其是根据Y6及其衍生物受体的有机太阳能电池，其单结器材功率已超越18%。这种进步首要归功于在给/受体界面最高占有轨迹(HOMO)能级差较小乃至接近于零时，窄带隙受体上的激子可由空穴搬运通道高效地发生电荷载流子。但是，电荷发生的内涵机理尚不清晰。从根本上说，有机太阳能电池激子别离对界面驱动力的需求，归因于有机系统的激子捆绑能。
在前期作业中，研讨人员对系列非富勒烯系统核算发现，激子别离的驱动力与激子捆绑能线性相关，为下降驱动力减小能量丢失指明晰方向(J. Phys. Chem. C 2018, 122, 22309)。进一步开展了自洽的量子力学/嵌入电荷办法(QM/EC)核算电子极化效应，实现从榜首性原理水平上牢靠评价静电作用和诱导效应，且可以考虑分子堆积结构的影响。核算发现非富勒烯受体的激子捆绑能与单晶中分子堆积结构密切相关，最小值只要40 meV，打破了有机资料激子捆绑能在0.3 eV以上的传统知道(J. Phys. Chem. Lett. 2019, 10, 4888)。此外，对具有不同晶相的有机光伏小分子受体研讨证明，仅分子摆放办法的差异可以大幅改动激子捆绑能(J. Phys. Chem. Lett. 2020, 11, 10227)。
在此基础上，研讨人员结合理论和试验研讨了Y6系统的激子捆绑能。核算结果标明，因为严密的三维分子堆积带来较强的电子极化效应，固态Y6具有极小的激子捆绑能。变温光致发光光谱测量标明，激子别离发生自由电荷载流子的能垒显着低于室温能量;跟着温度升高，电荷复合从头构成激子的几率增大，导致发光反而增强。因而，即便在没有给/受体界面驱动力的协助下，得益于低的激子捆绑能，纯的Y6薄膜在光激起后也可以直接自发地发生自由电荷载流子。该系列作业提醒出电子极化效应对减小有机系统激子捆绑能的重要作用，提出了有机光伏自由电荷发生的新机理，为取得高效有机太阳能电池供给了新思路。
朱凌云为论文榜首作者，易院平缓魏志祥为论文通讯作者。研讨作业得到国家自然科学基金委员会、科技部和中科院战略性先导科技专项(B类)等的支撑。
图1.QM/EC办法考虑极化和离域效应核算取得的固相下的激子捆绑能
图2.Y6和ITIC薄膜的变温光致发光光谱以及电荷别离与复合进程示意图
