导语：研究人员设计并合成了具有两种区域异构的小分子给体BT-O1和BT-O2，利用非共价构象锁策略实现高性能全小分子有机太阳能电池，最高PCE达15.34%。国科大黄辉&张昕团队AFM:非共价构象锁区域异构化实现高性能全小分子有机太阳能电池

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202112433

1.前言回顾

有机太阳能电池（OSCs）具有成本低、重量轻、溶液处理技术等优点，近年来得到了迅速发展，目前单结OSCs的光电转换效率（PCE）已经超过18%，这主要得益于宽带隙共轭聚合物给体和窄带隙小分子受体。然而，聚合物材料的批次间变化对器件性能的重现性造成了一定干扰。全小分子OSCs（ASM-OSCs）因其分子量明确、易于纯化和优异的批间重复性而受到广泛关注。随着小分子给体（SMDs）的发展，二元和三元ASM-OSCs的PCE分别超过13%和15%。然而，ASM-OSCs的效率仍然远远落后于聚合物OSCs。因此，如何合理设计SMDs是实现高性能ASM-OSCs的关键因素。

“非共价构象锁（NoCLs）”是高性能有机半导体的一种强有力的设计策略。在聚合物-有机半导体中加入NoCLs（S···O、S···F、S···N分子内相互作用等）可以增强主链的刚性，降低内部重组能，从而提高电荷传输迁移率和器件性能。此外，NoCLs已被广泛用于构建低成本、高性能的非稠环电子受体，其表现出超过15%的PCE和高优值系数。然而，目前很少有人利用NoCLs来设计高性能SMDs，并且NoCLs的区域异构化对聚合物-有机半导体的光电性能、薄膜形态和光伏性能的影响也鲜有研究。

2.文献简介

基于上述的因素，近日，中国科学院大学黄辉教授、张昕博士，香港中文大学路新慧教授等人开展相关的研究，设计并合成了一对具有区域异构的SMDs，并命名为BT-O1和BT-O2，二者所具有的S···O NoCLs分别在内部和外部位置。理论计算结果表明，由于引入S···O NoCLs，BT-O1和BT-O2具有共面骨架和较小的内部重组能。此外，区域异构效应对两种SMDs的光捕获能力、能级、分子几何结构、内部重组能和堆积行为有显著影响。

研究结果表明，基于BT-O2:H3的二元器件相对于BT-O1:H3表现出更好的光伏性能，前者PCE为13.99%，后者PCE为4.07%。这是因为前中器件具有匹配的能级排列、平衡的电荷传输、抑制的电荷复合、减少的能量无序和良好的薄膜形态。此外，由于短路电流密度和填充因子的显著增强，基于BT-O2:H3:PC71BM的高性能三元器件PCE高达15.34%（NIM认证PCE为14.6%）。这些结果表明，NoCLs可以作为开发高性能SMDs的有效策略。

3.文献总结

综上，该工作通过利用NoCLs策略合成了具有区域异构的SMDs，并制备出相应的高性能ASM-OSCs，也为后续的分子设计提供了新思路。相关研究成果现已发表在国际材料与器件领域著名学术期刊《Advanced Functional Materials》上，题为“High-Performance All-Small-Molecule Organic Solar Cells Enabled by Regio-Isomerization of Noncovalently Conformational Locks”。

本文关键词：有机太阳能电池，小分子给体，非共价构象锁，BT-O1，BT-O2。

4.材料推荐