高性能钙钛矿-有机叠层太阳能电池的开发一直受到高效窄带隙小分子受体材料匮乏的制约。实现此类材料的制备需要克服能隙定律的限制,以最大限度地减少能量损失,并同时优化给体-受体相分离。鉴于此,2026年4月28日中科院化学所李骁骏&李永舫&新加坡国立大学侯毅于NP刊发具有抑制激子热化损失的窄带隙受体用于高效钙钛矿-有机叠层太阳能电池的研究成果,提出了一种不对称的卤素重原子修饰策略,合成了一系列窄带隙小分子受体,即E3-2Cl、E3-2Br和E3-2I。重原子效应限制了分子骨架的振动并抑制了重组能,从而提高了发光效率并降低了非辐射能量损失,最终提高了开路电压。同时,该方法增强了末端介导的分子间相互作用,从而在混合薄膜中形成了清晰的给体-受体双纤维形貌并改善了相分离。因此,基于E3-2Cl的有机太阳能电池实现了0.488 eV的极低能量损失和20.7%的功率转换效率,在低能量损失有机太阳能电池中名列前茅。此外,通过将基于E3-2Cl的有机背电池与宽带隙钙钛矿前电池集成,展示了一种钙钛矿-有机叠层太阳能电池,其开路电压为2.18 V,功率转换效率为28.2%(认证值为27.5%),且孔径面积超过1 cm²。这项工作建立了一种可行的分子设计策略,用于开发低能量损失的窄带隙受体,为高效钙钛矿-有机叠层太阳能电池的实现铺平了道路。
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