北科大侯剑辉/张少青团队：低成本、高效率全非稠环给受体光伏材料有机太阳能电池

北科大有机光伏团队开发了一种具有低能量无序度的非稠环小分子受体A4T-3，并采用非稠环聚合物PTVT-T作为给体，得到了给体和受体均是全非稠环材料的有机太阳能电池。这种材料具有低材料成本的优势，所制备的器件获得14.26%的效率。

成本问题是制约有机太阳能电池产业化进程的重要因素之一，因此具有简单结构、低成本的非稠环光活性材料在近年来得到了广泛关注。相比于稠环分子的刚性共平面结构，非稠环分子具有易于旋转的构象，因此不同分子的能量无序度可能会有较大的差异，从而影响分子内电荷的传输性能。

最近，北科大侯剑辉和张少青团队将此前报导过的非稠环小分子受体A4T-16上的2-乙基己基侧链替换为3-乙基庚基，合成了新受体A4T-3。相比之下，3-乙基庚基取代基具有更小的空间位阻，使A4T-3具有更平面的结构。温度依赖迁移率测试结果表明，A4T-3表现出比A4T-16更低的分子内能量无序度，其表面静电势分布更均匀，因此A4T-3具有更小的分子内电子传输势垒，从而表现出更快的电子迁移率。同时，A4T-3端基表面较低的静电势使其在与给体共混时具有更小的分子间相互作用，降低了器件的非辐射能量损失。当采用非稠环聚合物PTVT-T作为给体时，与A4T-16相比，基于A4T-3的器件的光伏性能得到了全面提升，获得了14.26%的能量转换效率，这是给体和受体均基于全非稠环材料制备的有机太阳能电池的最高效率。对材料成本的评估结果表明，PTVT-T:A4T-3组合的材料成本要远低于其他高性能给受体组合，显示出全非稠环光活性材料实现有机太阳能电池商业化生产的巨大潜力。

详见：Chenyi Yang, Lijiao Ma, Ye Xu, Junzhen Ren, Jianhui Hou, Shaoqing Zhang. Reduced energetic disorder enables over 14% efficiency in organic solar cells based on completely non-fused-ring donors and acceptors. Sci China Chem, 2022, 65(12), 2604-2612.

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通讯作者简介

张少青，北京科技大学化学与生物工程学院副教授。主要从事有机聚合物光电性能材料的设计与制备，光伏器件性能优化以及高分子光电功能材料中基本物理问题等研究。

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