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有機(jī)太陽電池（OSCs）作為新一代太陽能發(fā)電技術(shù)，近30年來，一直是基礎(chǔ)研究的一個(gè)前沿?zé)狳c(diǎn)領(lǐng)域。三元策略是一種有效提高有機(jī)太陽能電池效率的方法，有助于克服二元共混物的電子結(jié)構(gòu)和形貌限制，其已成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。因此，如何甄選第三組分是構(gòu)筑高效率、高穩(wěn)定性有機(jī)太陽能電池的核心問題。

在三元有機(jī)太陽電池中，尋找第三組分的客體受體材料非常關(guān)鍵，通常其應(yīng)具有以下三個(gè)選擇標(biāo)準(zhǔn)：（1）客體成分與二元主體具有互補(bǔ)吸收。（2）引入的客體組分應(yīng)與二元主體系中的材料具有良好的相容性。（3）客體組分可以精細(xì)地修改二元體系的能量帶隙，從而降低能量損失。最近，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)基于5-元碳環(huán)骨架IDT或IDTT衍生的A-D-A型稠環(huán)電子受體（IDT-series）是一類良好的客體受體材料，作為第三組分，往往能夠進(jìn)一步提高有機(jī)太陽電池的光電轉(zhuǎn)化效率；另一方面，研究證實(shí)，在A-D-A型稠環(huán)電子受體中，利于硅?氧橋取代IDT或IDTT中的五元碳環(huán)（SiOTC-series）可以提高分子的能級和改善分子的堆積、結(jié)晶性以有電荷遷移率。

基于此，南開大學(xué)趙東兵聯(lián)合山東大學(xué)高珂以及復(fù)旦大學(xué)楊迎國等，使用結(jié)構(gòu)單向延伸策略以及基于五元碳橋和六元硅氧橋的結(jié)構(gòu)融合策略，設(shè)計(jì)了兩個(gè)新型的梯形骨架IDT–SiO和IDTT–SiO，從而能夠以更微小的變化精確調(diào)整材料性能。然后，作者使用IDT–SiO和IDTT–SiO作為中心稠環(huán)供體單元，設(shè)計(jì)合成了既含有五元碳橋又含有六元硅氧橋的新型A-D-A型稠環(huán)電子受體材料IDT–SiO–IC 和 IDTT–SiO–IC。與對稱六元SiO橋聯(lián)SiOTIC相比，不對稱C/SiO雜化IDT–SiO–IC和IDTT–SiO-IC顯示出明顯的藍(lán)移吸收、升高的LUMO能級和更高的偶極矩。作者認(rèn)為，這一類新型的稠環(huán)電子受體材料作為三元有機(jī)太陽電池中的客體受體材料可能具有與明星受體材料Y6和明星給體材料D18互補(bǔ)的吸收光譜，良好的兼容性；另外，結(jié)構(gòu)的融合將破環(huán)分子對稱性，導(dǎo)致分子具有較大的偶極矩和介電常數(shù)，從而有利于增強(qiáng)分子間相互作用和降低激子結(jié)合能。

隨后，作者將受體分子IDT–SiO–IC 和 IDTT–SiO–IC引入到D18:Y6的二元太陽電池體系中，從而構(gòu)建出高性能的三元OSCs， 分別獲得了18.22%和18.77%的光電轉(zhuǎn)換效率。研究結(jié)果顯示，IDT–SiO–IC 和 IDTT–SiO–IC確實(shí)與D18:Y6混合物具有互補(bǔ)吸收，并且其LUMO能級相對于Y6上移，這有助于提高三元器件的開路電壓（V_OC）。同時(shí)，IDT–SiO–IC 和 IDTT–SiO–IC均與Y6具有良好的相容性，三元共混物中形成了雙受體相，有利于實(shí)現(xiàn)更平衡的載流子遷移率，同時(shí)電荷復(fù)合受到抑制。

緊接著，作者對器件的堆積及形貌進(jìn)行了表征。GIWAXS、AFM以及TEM表征表明，在三元共混物中使用少量IDTT–SiO–IC作為客體受體材料促進(jìn)了D18和Y6的“面對面”取向和結(jié)晶。原因可能是IDTT–SiO–IC在三元共混膜中形成新的晶核，并遵循非均勻成核晶種機(jī)制，增加了三元共混薄膜中的原纖維含量和微晶質(zhì)量。

總之，在該工作中，作者使用單向延伸策略以及基于五元碳橋和六元硅氧連接橋的結(jié)構(gòu)融合策略，設(shè)計(jì)合成了兩個(gè)A-D-A結(jié)構(gòu)的客體受體材料IDT–SiO2–IC和IDTT-SiO2–IC。優(yōu)化的基于IDTT–SiO–IC作為客體受體的三元有機(jī)太陽電池實(shí)現(xiàn)了18.77%的光電轉(zhuǎn)化效率。這一效率代表了基于Y6受體的單結(jié)有機(jī)太陽電池的創(chuàng)紀(jì)錄VOC和效率值。此外，與基于二元和SiOTIC的三元器件相比，基于IDTT–SiO–IC的三元器件的穩(wěn)定性也得到顯著提升。這些結(jié)果凸顯了結(jié)構(gòu)融合以及單向延伸策略在設(shè)計(jì)穩(wěn)定高性能有機(jī)太陽電池中的重要潛力。