中国科学院重庆绿色智能技术研究院肖泽云、陈瑶，台州学院陆仕荣等CEJ：新型硒烷链小分子助力高效三元有机太阳能电池

第一作者：田耕穗

通讯作者：陈瑶*，陆仕荣*，肖泽云*

单位：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，台州学院

有机太阳能电池（OSCs）因轻质、低成本、可溶液加工等优势，被视为下一代清洁能源技术。然而，传统二元电池的效率提升面临瓶颈：材料吸光范围有限、电荷复合率高、载流子迁移不平衡等问题亟待解决。近年来，三元策略通过引入第三组分拓宽光吸收或优化活性层形貌，成为突破效率极限的热门方向。但现有研究中，小分子给体（SMD）作为第三组分的探索较少，主要受限于高性能SMD的稀缺性。

基于此，中国科学院重庆绿色智能技术研究院肖泽云、陈瑶等联合台州学院陆仕荣等在Chemical Engineering Journal上发表题为“Tailoring selenium alkyl chain-containing small molecule donor enables efficient ternary solar cells with reduced charge recombination”的研究性文章。设计并合成了一种新型含硒烷链的小分子给体T3，将其引入经典二元体系PM6:Y6中，成功构建高效三元有机太阳能电池。研究通过分子工程调控HOMO能级、优化活性层形貌，显著抑制电荷复合并提升载流子迁移效率，最终实现17.38%的效率。此外，在PM6:BTP-eC9:T3体系中，效率进一步提升至18.39%。相关成果发表于《Chemical Engineering Journal》。

· T3通过端基修饰（2-乙基己基氰基乙酸酯），降低HOMO能级（-5.49 eV），减少能量损失，提升开路电压（V_OC）。

· 硒烷链增强分子间相互作用，优化活性层结晶性与相分离形貌，促进电荷高效传输。

Fig. 1. a) Chemical structures, b) the electrostatic potential (ESP) distributions, c) UV−vis absorption spectra, and d) the corresponding energy levels diagram of T2, T3, and Y6.

要点二：性能突破

· 三元体系PM6:Y6:T3效率从16.40%跃升至17.38%，同时实现V_OC、J_SC、FF全面提升。

· 在PM6:BTP-eC9:T3中，效率突破18.39%。

Fig. 2. a) Device structure of the ASM-OSCs employed in this study; b) J-V and c) EQE curves of the indicated devices; the d) I versus J_SC values, e) I versus V_OC, and f) Jph versus Veff  plots of the indicated devices; g) transient photocurrent and h) transient photovoltage of T2:Y6 and T3:Y6 based devices; i) the hole mobility and electron mobility of corresponding T2:Y6 and T3:Y6 devices.

Fig. 4. a) Current density voltage (J-V) curves; b) EQE spectra and integrated J_SC of corresponding devices; c) J_SC versus light intensity of these devices; d) V_OC versus light intensity of these devices; e) Jph–Veff relationships; f) Transient photocurrent decay curves; g) Transient photovoltage decay curves; The current density-voltage relationship for h) hole mobility and i) electron mobility of PM6:Y6, PM6:Y6:T2 and PM6:Y6:T3.

要点三：机制解析

· GIWAXS与AFM显示，T3引入后活性层π-π堆叠更紧密，相分离更均匀，载流子迁移更平衡。

· 瞬态吸收光谱证实，T3加速激子解离，延长载流子寿命，抑制复合损失。

Fig. 5. a, b, c) The AFM height images; d, e, f) 2D GIWAXS patterns; g, h, i) 2D color plots of transient absorption spectroscopy under 800 nm excitation of PM6:Y6, PM6:Y6:T2 and PM6:Y6:T3 blend films.

Tailoring selenium alkyl chain-containing small molecule donor enables efficient ternary solar cells with reduced charge recombination

陈瑶副研究员简介：2018年7月在四川大学获博士学位。2018年9月赴美国西北大学化学系从事博士后研究，主要从事有机光电功能材料与器件研究，2021年10月入职中国科学院重庆绿色智能技术研究院。长期从事有机光电功能材料的研究。2023年获聘重庆巴渝学者青年学者。主持国家自然科学基金青年基金，重庆市自然科学基金面上项目。

该工作的第一作者为中国科学院重庆绿色智能技术研究院博士生田耕穗。