【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】有機(jī)太陽(yáng)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(dòng)力學(xué)本質(zhì)上取決于給受體材料在溶劑揮發(fā)過(guò)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。基于器件工藝，通過(guò)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(guò)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(jì)的角度出發(fā)，開(kāi)發(fā)新的方法來(lái)調(diào)控材料本征成膜動(dòng)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(jìn)有機(jī)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(guò)在分子柔性側(cè)鏈遠(yuǎn)端引入功能基團(tuán)來(lái)調(diào)控分子外圍空間位阻，實(shí)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(zhǎng)度對(duì)遠(yuǎn)端功能基團(tuán)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(tuán)還可以作為遠(yuǎn)端共軛“抓手”來(lái)螯合相鄰的同質(zhì)或異質(zhì)分子，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)晶動(dòng)力學(xué)及納米互穿網(wǎng)絡(luò)的精細(xì)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(duì)Y系列受體材料的外端β-側(cè)鏈進(jìn)行末端功能化，設(shè)計(jì)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(tuán)可以分子自組裝提供額外驅(qū)動(dòng)力，從而提高分子有序性。并且，具有弱電負(fù)性的苯基作為外圍共軛基團(tuán)還可以增強(qiáng)與給體分子的范德華作用，相對(duì)于無(wú)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(shí)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(dá)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(dòng)力學(xué)、進(jìn)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(guó)化學(xué)會(huì)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(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、山東省自然科學(xué)基金和山東能源研究院等項(xiàng)目支持。(文/圖 李永海、王鵬超)