通过分子设计精准控制体异质结（BHJ）形貌是开发高性能有机太阳能电池（OSCs）面临的长期挑战之一。
近日，武汉大学闵杰教授和孙瑞副研究员等人在Science China Materials发表研究论文，设计并合成了三种具有不同侧链（分别在苯并三唑单元上引入甲基、2-乙基己基和2-癸基十四烷基）的小分子受体（SMAs），即R-M、R-EH和R-DTD。
本文要点
1) 这种侧链调控可以有效调节受体/受体（A/A）和给体/受体（D/A）分子之间的相互作用，从而实现BHJ活性层结构的微调。2) 与R-M和R-DTD相比，R-EH与给体PM6表现出更强的A/A和D/A相互作用，形成更紧密的分子排列，改善了BHJ网络结构，增强了电荷传输和提取性能。3) 在三个体系中，PM6:R-EH不仅表现出超过18%的器件效率，还表现出优异的稳定性。本研究深化了A/A和D/A相互作用对BHJ形貌的协同调节作用，为实现高效且稳定的工业化OSCs提供了新的思路。图1. （a）所研究的光伏材料的分子结构；（b）小分子受体稀氯仿溶液态（虚线）和薄膜态（薄膜态）的归一化吸收光谱图；（c）PM6和小分子受体的能级图；（d）氮气气氛下，受体以10°C min−1速率升温的DSC曲线；（e）所研究的小分子受体在OOP方向的散射曲线；（f）所研究的小分子受体的CCL, ΔHm, and μe直方图。
图2. 纯薄膜表面测量的（a）水和（b）乙二醇接触角；（c）纯薄膜的表面能和基于PM6和受体体系的Flory-Huggins相互作用参数(χ)；（d-f）PM6:R-M、PM6:R-EH和PM6:R-DTD共混膜的GIWAXS图；（g）PM6:R-M、PM6:R-EH和PM6:R-DTD共混膜的散射曲线；（h）所研究共混膜的CCL、μh、μe和μh/μh 直方图。
图3. （a）器件结构与A/A和D/A相互作用的图示；（b）在AM 1.5G、100 mW cm−2条件下最优OSCs的J-V曲线；（c）相应器件的EQE谱图；（d）光电流密度和有效电压间的关系图（Jph-Veff）；（e）纯受体材料和相应体系的PL光谱图（R-M、R-EH和R-DTD）；（f）器件中VOC对光强的依赖关系测试图；（g）相关太阳能电池的归一化TPV曲线图。
图4. （a）在一个太阳光照射下，MPP跟踪的相应OSCs的光稳定行为，以及基于不同受体(R-M、R-EH和R-DTD)器件的归一化PCE、VOC、FF和JSC变化曲线；（b）小分子受体未老化和老化的共混膜在OOP方向的GIWAXS一维线图；（c）小分子受体未老化和老化的共混膜的 CCL和KCCL直方图；（d）各体系光老化前后电荷提取时间的直方图；（e）各体系光老化前后电荷迁移率的直方图。
