中国科学院大学黄辉教授课题组在基于非稠环电子受体的有机太阳能电池方面取得重要进展

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近年来，溶液可加工的体异质结有机太阳能电池发展迅猛。随着稠环电子受体设计理念的提出，一系列高效率受体材料如雨后春笋般涌现，其最高效率已超过18%。然而这类材料的合成路线一般较为复杂，总产率较低。为了解决上述问题，浙江大学陈红征教授在2018年首先提出以简单或者低稠合度的芳香单元来构建A−D−A’(D’)−D−A型非稠环电子受体，从而缩短反应路线，降低合成成本。

为了增强分子内部的共平面性，在设计这类材料时通常会考虑引入分子内弱相互作用力，即非共价“构象锁”（Noncovalent conformational locks）。这一概念最早由黄辉教授与美国西北大学的Tobin Marks教授等人提出（J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 10966.）。目前，非共价键“构象锁”已经广泛运用到共轭小分子和聚合物材料的设计中，得到了一系列可应用于有机太阳能电池和场效应晶体管等领域的高性能有机半导体材料，并逐渐成为设计高性能有机半导体材料的重要策略之一。

近日，中国科学院大学黄辉教授团队设计合成了以苯并三氮唑为D’单元，含有S···O“构象锁”的新型非稠环电子受体BTzO-4F。由于该分子具有较宽的吸收范围以及合适的能级，当与给体聚合物PBDB-T共混时，可在300至900纳米的范围内均有外量子效率响应，并具有较好的激子解离效率和微观形貌。最优器件获得了0.839V的开路电压，23.58mA cm^-2的短路电流，以及69.73%的填充因子，达到了13.80%的光电转换效率，取得了目前文献报道的基于非稠环电子受体光电转化效率的最高纪录。这一最新成果进一步展现了非共价键“构象锁”的应用潜力，也对非稠环电子受体材料的设计提供了重要的新思路。

该研究工作已在线发表于Science China Chemistry。共同第一作者为中国科学院大学在读博士研究生刘行正和魏亚男，共同通讯作者为张昕博士和黄辉教授。以上结果得到国家自然科学基金、科技部重点研发计划、中国科学院前沿科学重点研究项目等支持。

原文链接：

An A-D-A’-D-A type unfused nonfullerene acceptor for organic solar cells with approaching 14% efficiency

Xingzheng Liu, Yanan Wei, Xin Zhang, Linqing Qin, Zhixiang Wei, Hui Huang

https://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11426-020-9868-8

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