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  近年來，溶液可加工的體異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽能電池發(fā)展迅猛。隨著稠環(huán)電子受體設(shè)計(jì)理念的提出，一系列高效率受體材料如雨后春筍般涌現(xiàn)，其最高效率已超過18%。然而這類材料的合成路線一般較為復(fù)雜，總產(chǎn)率較低。為了解決上述問題，浙江大學(xué)陳紅征教授在2018年首先提出以簡單或者低稠合度的芳香單元來構(gòu)建A?D?A’(D’)?D?A型非稠環(huán)電子受體，從而縮短反應(yīng)路線，降低合成成本。

  為了增強(qiáng)分子內(nèi)部的共平面性，在設(shè)計(jì)這類材料時通常會考慮引入分子內(nèi)弱相互作用力，即非共價“構(gòu)象鎖”（Noncovalent conformational locks）。這一概念最早由黃輝教授與美國西北大學(xué)的Tobin Marks教授等人提出（J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 10966.）。目前，非共價鍵“構(gòu)象鎖”已經(jīng)廣泛運(yùn)用到共軛小分子和聚合物材料的設(shè)計(jì)中，得到了一系列可應(yīng)用于有機(jī)太陽能電池和場效應(yīng)晶體管等領(lǐng)域的高性能有機(jī)半導(dǎo)體材料，并逐漸成為設(shè)計(jì)高性能有機(jī)半導(dǎo)體材料的重要策略之一。

  近日，中國科學(xué)院大學(xué)黃輝教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)合成了以苯并三氮唑?yàn)镈’單元，含有S···O“構(gòu)象鎖”的新型非稠環(huán)電子受體BTzO-4F。由于該分子具有較寬的吸收范圍以及合適的能級，當(dāng)與給體聚合物PBDB-T共混時，可在300至900納米的范圍內(nèi)均有外量子效率響應(yīng)，并具有較好的激子解離效率和微觀形貌。最優(yōu)器件獲得了0.839V的開路電壓，23.58mA cm^-2的短路電流，以及69.73%的填充因子，達(dá)到了13.80%的光電轉(zhuǎn)換效率，取得了目前文獻(xiàn)報道的基于非稠環(huán)電子受體光電轉(zhuǎn)化效率的最高紀(jì)錄。這一最新成果進(jìn)一步展現(xiàn)了非共價鍵“構(gòu)象鎖”的應(yīng)用潛力，也對非稠環(huán)電子受體材料的設(shè)計(jì)提供了重要的新思路。

  該研究工作已在線發(fā)表于Science China Chemistry。共同第一作者為中國科學(xué)院大學(xué)在讀博士研究生劉行正和魏亞男，共同通訊作者為張昕博士和黃輝教授。以上結(jié)果得到國家自然科學(xué)基金、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目等支持。

  原文鏈接：

  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