来源：光跃量子

研究背景

1. 二聚小分子受体是高性能有机太阳能电池（OSCs）的有前景的材料，但其拓扑结构的多样性仍未得到充分探索。

2. 在这项研究中，设计并研究了两种二聚体受体QD-2和QD-3，它们是通过Y系列构建块的非传统“头尾”连接构建的，分别由亚乙烯和亚乙炔单元桥接。

3. 结果表明，QD-2同时抑制了能量无序和电子-声子耦合，同时促进了有利的分子堆叠。这些特征产生了具有改进的激子和电荷动力学的纤维薄膜形态。因此，基于QD-2的OSCs在二元器件中实现了19.39%的PCE。

图文详解

激发态动力学过程见第3部分详解

1.理论计算

1.纯薄膜的掠入射广角X射线散射（GIWAXs）用于揭示分子有序堆积。值得注意的是，QD-3表现出比QD-2更紧密的π-π堆叠和更长的晶体相干长度（CCL），这可能是由于乙炔的更刚性的线性结构，这消除了旋转自由度，从而形成了更平面的骨架结构。

2.尽管QD-3的堆积更紧密，但其电子迁移率低于QD-2。我们认为QD-3中过度的分子聚集会增强振动耦合，从而损害电荷传输。为了测试这一点，我们测量了纯薄膜的斯托克斯位移。如图2e所示，QD-2表现出较小的斯托克斯位移，表明重组能较低。

3.对Huang-Rys参数（S）的进一步分析证实，QD-2中的电子-声子耦合较弱，这与其较高的电子迁移率相一致。这种减少的耦合也抑制了非辐射损失，使QD-2的光致发光量子产率（PLQY）更高（QD-3为7.35%对5.71%）。

2.器件性能

3.激发态动力学

1.在选择性受体激发后，630 nm（对应于PM6吸收）处立即出现基态漂白剂（GSB）信号，表明空穴从受体快速转移到供体分子。

2.使用双指数拟合分析630 nm处的供体GSB信号动力学数据，以跟踪空穴转移动力学。动力学分析揭示了两种不同的电荷产生过程：快速成分（τ1）反映了供体-受体界面上的激子分离，而缓慢成分（τ2）表征了激子在解离前向界面扩散的过程。

3.在所研究的体系中，三元PM6:QD-2:BO-4Cl显示出最佳的时间常数（τ1=0.31 ps；τ2=4.23 ps），表明与二元共混物相比，激子分离效率提高，载流子输运得到改善（PM6:QD-2：τ1=0.42 ps，τ2=7.64 ps；PM6:QD-3:τ1=0.62 ps，τ2=12.97 ps）。

4.形貌表征

总结展望

在这项研究中，设计并研究了两种二聚体受体QD-2和QD-3，它们是通过Y系列构建块的非传统“头尾”连接构建的，分别由亚乙烯和亚乙炔单元桥接。结果表明，QD-2同时抑制了能量无序和电子-声子耦合，同时促进了有利的分子堆叠。这些特征产生了具有改进的激子和电荷动力学的纤维薄膜形态。因此，基于QD-2的OSCs在二元器件中实现了19.39%的PCE。

原文来源

W. Shi, Q. Han, W. Zhao, et al. “ Designing Head-to-Tail Topological Vinylene-Bridged Dimer Acceptor for Efficient and Stable Organic Solar Cells.” Adv. Funct. Mater. (2025): e23116.