近日，中国科学：化学（Science China Chemistry）在线发表了我组首次将窄带隙A-DA’D-A型受体引入到小分子单组分材料的分子骨架中，制备高性能窄带隙小分子单组份材料的工作。论文题目为“Narrow bandgap molecular dyads Incorporating Y-series acceptor backbones for efficient single-molecular organic solar cells”。武汉大学高等研究院为第一署名单位，我组博士研究生高远和硕士研究生肖博为论文共同第一作者。
有机太阳能电池因具有可溶液加工、质轻、柔性、价廉以及半透明等优势，受到了广泛的关注。近年来，经过研究人员在材料设计、活性层形貌优化、界面工程以及器件工艺等方面的不断努力，目前有机太阳能电池的PCE已经超过了19%。然而，由于其给/受体结晶度难以调控以及复杂的相分离行为等因素，会使活性层微观形貌在内界和外界驱动力下向着热力学稳定的状态转变，导致相畴过度，相分离尺寸大以及激子难以解离等情况出现，从而使得器件寿命过短。发展单一组分的材料作为活性层制备有机太阳能电池被认为可以有效解决给受体共混活性层形貌演变的问题。
这一工作通过以叠氮基对稠环A-DA’D-A型受体进行修饰，并引入端基炔基修饰的给体单元，利用Huisgen点击反应设计合成了SM-Et-1Y与SM-Et-2Y两个单分子材料。基于SM-Et-2Y的单分子有机太阳能电池 （SMOSCs）展现出表现出5.07%的能量转换效率（PCE），这是迄今为止SMOSCs中最高效率之一。
图1. 单分子材料SM-Et-1Y与SM-Et-2Y的化学结构、光电物理性能
课题进一步探究了这两个单分子材料的器件效率与运行稳定性。结果表明，基于SM-Et-2Y的器件表现了较高的器件效率，达到了5.07%，这是迄今为止单分子有机太阳能电池的最高效率之一（图2A和2B）。此外，基于SM-Et-1Y与SM-Et-2Y制备的器件均具有优异的运行稳定性：经过250小时太阳光持续照射后，仍能维持初始效率的90%以上（图2D所示）。以上结果证明了将窄带隙A-DA’D-A型小分子受体部分引入到单分子材料结构这一策略的成功，也凸显出这一类单分子材料具有巨大的应用潜力。
图2. 单分子材料SM-Et-1Y与SM-Et-2Y的器件性能
本文将收录于武汉大学130周年校庆专刊。
原文链接：https://doi.org/10.1007/s11426-023-1720-x
