以有機(jī)半導(dǎo)體材料為光活性層的有機(jī)太陽(yáng)電池（Organic Solar Cells, OSCs）在多種商業(yè)化場(chǎng)景中都具有巨大應(yīng)用潛力，例如柔性可穿戴電子、室內(nèi)光伏、光伏建筑一體化等。但同時(shí)實(shí)現(xiàn)高光電轉(zhuǎn)換效率（PCEs）和器件穩(wěn)定性仍然是OSCs實(shí)際開(kāi)發(fā)利用中所面臨的主要挑戰(zhàn)。在眾多類(lèi)型的受體材料中，非完全共軛的巨分子受體在提升器件穩(wěn)定性方面展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)，但相應(yīng)PCEs仍然落后于傳統(tǒng)的Y系列小分子受體（Y-SMAs）。因此，亟需開(kāi)發(fā)更高性能的新型巨分子受體，以滿(mǎn)足OSCs的實(shí)際化應(yīng)用。 近日，針對(duì)上述問(wèn)題，西安交通大學(xué)的凡群平教授、馬偉教授和湘潭大學(xué)的肖曼軍教師等人合作，設(shè)計(jì)合成了三種非完全共軛的二聚型巨分子受體（包括側(cè)翼位點(diǎn)連接的2Y-wing、中心核位點(diǎn)連接的2Y-core和端基位點(diǎn)連接的2Y-end）。同時(shí)，不同烷基連接位點(diǎn)對(duì)受體材料性能的影響被首次系統(tǒng)研究。三者具有相似的前驅(qū)體單體，但它們不同的連接位點(diǎn)可以精細(xì)調(diào)節(jié)和優(yōu)化材料的吸收、能級(jí)、堆積、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和載流子遷移率，進(jìn)而獲得高性能OSCs。
研究顯示，在二元活性層中，D18/2Y-wing比D18/2Y-core和D18/2Y-end具有更好的組分相容性，獲得了更合適的相分離和有序堆積。因此，基于D18/2Y-wing的二元OSCs獲得了17.73%的更高PCE。值得一提的是，由于2Y-wing更高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和D18/2Y-wing更優(yōu)的活性層形貌和電荷傳輸性能，相應(yīng)二元OSCs也獲得了更高的熱穩(wěn)定性，在80 ℃高溫下200小時(shí)后依然維持了90%的初始效率。 基于上述二元OSCs的成功，2Y-wing作為關(guān)鍵第三組分被引入到具有近紅外吸收的D18/BS3TSe-4F主體系中，并制備了三元OSCs。由于D18/(BS3TSe-4F:2Y-wing)體系在300-970 nm內(nèi)的互補(bǔ)吸收、進(jìn)一步優(yōu)化的薄膜形貌、更高的電荷解離/傳輸性能，三元OSCs實(shí)現(xiàn)了19.13%的高PCE。該工作開(kāi)發(fā)的烷基連接位點(diǎn)工程構(gòu)建高性能巨分子受體策略為提高OSCs的PCE和穩(wěn)定性提供了有益參考。 論文信息 Non-Fully Conjugated Dimerized Giant Acceptors with Different Alkyl-Linked Sites for Stable and 19.13% Efficiency Organic Solar Cells Fan Yi, Manjun Xiao,* Yongdie Meng, Hairui Bai, Ze-Fan Yao, Wei Gao, Guangyu Qi, Zezhou Liang, Conggui Jin, Lingxiao Tang, Wenyan Su, Rui Zhang, Lihe Yan, Yuhang Liu, Weiguo Zhu, Wei Ma,* and Qunping Fan* 文章的第一作者是易帆，為湘潭大學(xué)和西安交通大學(xué)的聯(lián)合培養(yǎng)碩士生 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202319295
