在有机太阳能电池中使用非富勒烯受体 (NFA) 使功率转换效率高达18%。然而，有机太阳能电池的效率仍然低于无机太阳能电池，后者的功率转换效率通常超过20%。这种差异的一个关键原因是有机太阳能电池相对于其光学带隙具有较低的开路电压，这是由于非辐射复合 。为了使有机太阳能电池在效率方面与无机太阳能电池竞争，必须确定和抑制非辐射损耗路径。剑桥大学Richard H. Friend，Alexander J. Gillett, 加州大学圣巴巴拉分校Thuc-Quyen Nguyen以及蒙斯埃诺大学David Beljonne 等人对此进行了深入研究。

本文要点：

1）研究表明，在大多数使用 NFA 的有机太阳能电池中，开路条件下的大部分电荷复合是通过形成非发射 NFA 三重态激子进行的；在基准PM6:Y6共混物中，该比例达到 90%，将开路电压降低 60 mV。

2）通过设计NFA三重态激子和自旋-三重态电荷转移激子之间的大量杂交来防止通过这种非辐射通道进行重组。建模表明，从自旋三线态电荷转移激子到分子三线态激子的反向电荷转移率可能会降低一个数量级，从而能够重新离解自旋三线态电荷转移激子。

3）研究人员展示了 NFA 系统，其中三重态激子的形成受到抑制。因此，这项工作为具有20%或更高功率转换效率的有机太阳能电池提供了设计途径。

Gillett, A.J., Privitera, A., Dilmurat, R. et al. The role of charge recombination to triplet excitons in organic solar cells. Nature 597, 666–671 (2021). 

https://doi.org/10.1038/s41586-021-03840-5