近日，华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室李宁教授和黄飞教授的最新研究成果以“Organic solar cells using oligomer acceptors for improved stability and efficiency”为题在Nature Energy上发表。该工作通过合成具有确定化学结构的齐聚物受体，调控有机光电材料的热力学性能和分子堆积行为，构筑了兼具高效率和优秀稳定性的有机太阳电池。
研究成果在Nature Energy上发表
基于Y系列小分子受体的有机太阳电池已取得超过19%的光电转换效率，但该类材料较低的热转变温度使得活性层的微观形貌在光照或者受热时不稳定，致使相应器件的稳定性受到较大影响，是有机太阳电池实现商业化应用的最大瓶颈之一。将小分子受体聚合物化的策略确实可以提升活性层微观形貌的热稳定性，但该类聚合物受体的性能对分子量分布和聚合批次具有较强的依赖性，不利于大规模生产和应用。
(a) 小分子，齐聚物和聚合物的化学结构式；OY1，OY3和POY的吸收光谱(b)和发射光谱(c)，蓝点为实验结果，黑线为拟合数据；(d)基于PBDB-T: OY3的器件在光照1000小时后光电转换效率的变化；(e)本工作的光电转换效率和T80使用寿命与其它体系的对比。
在本工作中研究者通过一锅法合成了Y系列的齐聚物受体，纯化后分别得到具有确定化学结构的二、三、四聚体，研究结果表明该类材料的结构单元数对材料的光物理性能和器件的效率几乎没有影响。但经过深入研究，发现齐聚物受体具有更高的冷结晶温度和更紧密的分子堆积特性，有利于在活性层中形成稳定的微观形貌，在继承小分子和聚合物受体优异光电性能的同时也克服了两者各自的缺点。经过器件光稳定性的测试，基于三聚体OY3的有机太阳电池在光照下工作1000小时后仍能保持超过90%的初始效率，经过外推计算得到超过25000小时的T80稳定性，相当于可以在广州使用超过16年。该结果是在本领域中报道的第一个兼具高效率（>15%）和高使用寿命（>15年）的有机太阳电池，为该领域实现商业化应用提出了全新的分子设计思路。
该论文第一作者为华南理工大学材料科学与工程学院的博士生梁佑才和张荻非，通讯作者为华南理工大学的李宁教授和黄飞教授，其它合作作者还包括德国埃尔朗根-纽伦堡大学的Larry Lüer博士和Christoph J. Brabec教授。该项工作受到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金委员会区域创新发展联合基金和广东省基础与应用基础研究重大项目，以及华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室和粤港澳光电磁功能材料联合实验室的支持。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41560-022-01155-x
