【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】有機太陽能電池(OSCs)由于其輕、薄、柔等特性受到極大關(guān)注。為了最大化OSCs的能量轉(zhuǎn)換效率(PCEs)，需要構(gòu)建具有合適相分離尺度的本體異質(zhì)結(jié)活性層，以兼顧高效的CT態(tài)激子解離和純相中電荷傳輸。本體異質(zhì)結(jié)成膜動力學(xué)本質(zhì)上取決于給受體材料在溶劑揮發(fā)過程中結(jié)晶特性，并受到復(fù)雜的溶質(zhì)-溶劑及相同/不同溶質(zhì)組分間相互作用影響?；谄骷に?，通過熱退火、溶劑退火或者固/液體添加劑等方法可以在一定程度上調(diào)節(jié)結(jié)晶過程和活性層形貌。然而這些方法本質(zhì)上屬于外部調(diào)控行為，容易受到多種復(fù)雜因素的干擾。因此，從分子設(shè)計的角度出發(fā)，開發(fā)新的方法來調(diào)控材料本征成膜動力學(xué)具有重要意義。
 

　　為了調(diào)控A-D-A型小分子受體的結(jié)晶和相容性，青島能源所包西昌研究員帶領(lǐng)的先進有機功能材料與器件研究組在之前的工作中，首次提出外圍功能化的分子策略，即通過在分子柔性側(cè)鏈遠端引入功能基團來調(diào)控分子外圍空間位阻，實現(xiàn)結(jié)晶性和共混性的平衡(Adv. Mater.,2019,31,1807832)。并且分子側(cè)鏈柔性鏈段的長度對遠端功能基團的空間構(gòu)型及分子堆積產(chǎn)生顯著影響(The Innovation,2021,2,100090)。末端功能基團還可以作為遠端共軛“抓手”來螯合相鄰的同質(zhì)或異質(zhì)分子，實現(xiàn)對結(jié)晶動力學(xué)及納米互穿網(wǎng)絡(luò)的精細調(diào)控(Adv. Mater.,2023,35,2305652；Adv. Mater.,2023,35,2208986；Energy Environ. Sci.,2024,17,4216等)，這些前期研究提供了一種調(diào)節(jié)分子間相互作用的可行方法。在此基礎(chǔ)上，近期，研究組對Y系列受體材料的外端β-側(cè)鏈進行末端功能化，設(shè)計并合成了具有苯烷基側(cè)鏈的新型受體BTP-TC4Ph。研究發(fā)現(xiàn)，末端功能基團可以分子自組裝提供額外驅(qū)動力，從而提高分子有序性。并且，具有弱電負性的苯基作為外圍共軛基團還可以增強與給體分子的范德華作用，相對于無外圍功能化的受體分子BTP-TC6，側(cè)鏈末端苯基的引入將給受體共混體系的成膜速度提高了6倍，實現(xiàn)了更為均相的異質(zhì)結(jié)結(jié)晶及理想的纖維狀相分離。因此，基于BTP-TC4Ph光伏器件的激子/電荷行為得到了顯著改善，能量轉(zhuǎn)化效率達到19.65%，為二元OSCs的最高性能之一。這些發(fā)現(xiàn)為合理控制異質(zhì)結(jié)成膜動力學(xué)、進一步提高OSCs的光伏效率提供了指導(dǎo)意義。
 

　　該工作近期以“Heterojunction Interactions Modulated Film-Forming Kinetics for 19.65% Efficiency Binary Organic Solar Cells”為題發(fā)表在中國化學(xué)會旗艦期刊CCS Chemistry。論文第一作者為青島科技大學(xué)青年教師、課題組在職博士后王鵬超；通訊作者為包西昌研究員和李永海副研究員。該工作得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進會、山東省自然科學(xué)基金和山東能源研究院等項目支持。(文/圖 李永海、王鵬超)