有機太陽電池（organic solar cells, OSCs）由于具有機械柔韌性好、半透明、適用于可穿戴設(shè)備等優(yōu)勢而備受關(guān)注。但是，目前實驗室制備的高性能OSCs通常使用對環(huán)境有害的鹵代溶劑（氯仿）加工處理，不利于器件商業(yè)化生產(chǎn)。利用非鹵溶劑替代氯仿作為器件制備的加工溶劑雖然可以改善環(huán)境污染問題，但非鹵溶劑普遍具有相對較高的沸點和對共軛分子低的溶解性。因而使用非鹵溶劑加工時，小分子受體（small molecule acceptors, SMAs）在成膜過程中更易于發(fā)生過度自聚集，導(dǎo)致活性層產(chǎn)生嚴(yán)重的相分離和造成器件能量損失的增加，最終致使OSCs開路電壓和能量轉(zhuǎn)換效率降低。 在前期研究的基礎(chǔ)上，中國科學(xué)院化學(xué)研究所李永舫院士/李驍駿研究員團隊在L8-Ph內(nèi)側(cè)鏈的苯基端基上分別引入不同的取代基（氟原子/甲基），設(shè)計并合成了兩種SMAs：L8-PhF和L8-PhMe。通過對分子間相互作用的系統(tǒng)研究，該團隊有效降低了非鹵溶劑加工的OSCs的能量損失，實現(xiàn)了用鄰二甲苯加工的低能量損失且高性能OSCs的制備。
單晶結(jié)構(gòu)解析和理論計算的結(jié)果表明，分子結(jié)構(gòu)的修飾會對分子間相互作用以及分子堆積產(chǎn)生影響。引入了氟原子的L8-PhF分子具有更強、更多元的分子間相互作用，但多重的分子間相互作用也影響了分子的有序堆積。而具有甲基取代基的L8-PhMe，其表現(xiàn)出更有效的非共價相互作用，致使分子堆積更緊密和有序。 對活性層的形貌研究表明，當(dāng)SMAs與聚合物供體PM6共混時，SMAs分子間相互作用的差異會對共混膜的成膜過程和相分離產(chǎn)生影響。由于分子堆積的有序性更好，且具有更短的成膜時間中，PM6：L8-PhMe共混膜表現(xiàn)出更有序的π-π堆積和更均勻的相分離。最終，基于L8-PhMe的OSCs表現(xiàn)出更低的非輻射能量損失和更高的開路電壓，用鄰二甲苯處理的器件實現(xiàn)了19.27%的能量轉(zhuǎn)換效率。 綜上所述，通過內(nèi)側(cè)鏈的修飾來精細調(diào)控SMAs的分子間相互作用，以分散SMAs的自聚集并改善分子堆積有序性，是一種非常有效地降低非鹵溶劑加工的OSCs能量損失的策略。同時該研究也著重強調(diào)了在SMAs的修飾中引入有序的（而非更強的）非共價相互作用對OSCs的分子堆積、形貌和能量轉(zhuǎn)換效率的重要性。 論文信息 Inner Side Chain Modification of Small Molecule Acceptors Enables Lower Energy Loss and High Efficiency of Organic Solar Cells Processed with Non-halogenated Solvents Xiangxi Wu, Yufei Gong, Xiaojun Li, Shucheng Qin, Haozhe He, Zekun Chen, Tongling Liang, Caixuan Wang, Dan Deng, Zhaozhao Bi, Wei Ma, Lei Meng, Yongfang Li Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202416016
