重磅！国家纳米科学中心魏志祥/吕琨/朱凌云Nature Materials丨低能量无序窄带隙受体实现21%效率有机太阳能电池！

本文报道了国家纳米科学中心魏志祥、吕琨和朱凌云团队在有机太阳能电池领域的重要进展。背景方面，有机太阳能电池的功率转换效率虽已突破20%，但受限于窄带隙体系中开路电压与短路电流之间的权衡矛盾，主要源于能量无序导致的非辐射复合损失。研究目的在于开发一种兼具低能量无序和窄带隙的受体材料，以克服能隙定律，同时实现高短路电流和高开路电压。结论显示，通过创新分子设计，合成了基于喹喔啉中心单元、萘基端基和硒取代中心核的受体Qx-Se-NF，实现了1.31 eV的窄带隙和极低的能量无序（总能量无序53.06 meV，乌尔巴赫能22.75 meV）。该受体在二元体系中与PM6给体搭配实现了19.08%的效率，短路电流达28.18 mA cm⁻²，能量损失仅0.516 eV。进一步，在三元体系D18:L8-BO:Qx-Se-NF中，通过形成独特的垂直分离合金形貌，获得了21.21%的认证效率（CPVT认证21.12%，NPVM认证21.01%），能量损失低至0.486 eV。此外，利用绿色溶剂邻二甲苯，通过狭缝涂布技术制备的1 cm²柔性器件和36 cm²模组分别实现了17.70%和17.10%的效率，展示了良好的大面积应用潜力。该研究为高性能有机太阳能电池的分子设计提供了重要见解。