深圳大学杨楚罗教授和罗正辉副教授团队EES：非对称侧链取代构筑氢键辅助的3D网络受体助力高效有机光伏

对小分子受体（SMA）进行侧链修饰是实现有机太阳能电池（OSC）高器件效率的有效方法，其中非对称侧链策略是一种很有前途的策略。

鉴于此，深圳大学罗正辉等人首次通过关注本体分子 Y6 和 BTP-PhC6 以及相应的非对称分子 BTP-PhC6-C11（最初在这里合成）来填补这一空白。

图1. 三种受体的分子结构和单晶结构

这三种受体具有相似的光学和电化学特性。晶体学分析和理论计算结果表明，由于氢键的相互影响和较小空间位阻的协同作用，非对称的BTP-PhC6-C11相比于对称的 Y6 和 BTP-PhC6在两个末端受体单元之间表现出更强的π∙∙∙π相互作用，3D电荷传输网络中的电子耦合更大，以及具有可比性的内部重组能。

图2. 器件性能

当将这些 SMA 与聚合物给体 PM1 共混时，与基于 Y6（17.06%）和BTP-PhC6（17.43%）的器件相比，基于BTP-PhC6-C11 的器件实现了最高的PCE（18.33%）（图2）。PM1:BTP-PhC6-C11 器件中最好的 PCE 主要归因于更大和更对称的电荷迁移率、更长的载流子寿命、沿BTP-PhC6-C11 的共轭骨架增强的分子堆积以及更合适的相分离。

图3. 形貌表征

形貌分析表明，与 PM1:Y6和PM1:BTP-PhC6 相比，基于 BTP-PhC6-C11 的共混物在 (001) 区域显示出减小的 d 间距和增强的相干长度，表明 BTP-PhC6-C11 具有可维持的扩链特征和较大的结晶域，这与 TEM 图像一致。为了更清楚地展示这项工作中的形貌差异，三个有源层的薄膜形态示意图如图3所示。与 PM1:Y6 和 PM1:BTP-PhC6 混合物相比，由于纯 BTP-PhC6-C11 的结晶倾向更强导致PM1:BTP-PhC6-C11共混膜中更大的BTP-PhC6-C11 纯域。此外，沿 BTP-PhC6-C11 的主链更明显的堆叠由平行交错实线表示，线间距离比 Y6 和 BTP-PhC6 短，表明BTP-PhC6-C11 的分子堆积更强。

总体而言，该系统研究表明，非对称侧链取代是一种简单可行的方法，可以增强π-π堆叠，增加电子耦合，从而提高光伏效率。

Asymmetric Side-Chain Substitution Enables a 3D Network Acceptor with Hydrogen Bond Assisted Crystal Packing and Enhanced Electronic Coupling for Efficient Organic Solar Cells, Energy Environ. Sci., 2022

DOIhttps://doi.org/10.1039/D2EE01848A

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/ee/d2ee01848a

杨楚罗教授，国家自然科学基金委杰出青年基金获得者，全国百篇优秀博士学位论文指导教师，1997年在武汉大学有机化学专业获得博士学位，1999年3月至2002年10月先后在香港科技大学、美国新奥尔良大学、美国罗彻斯特大学从事博士后研究。2003年任武汉大学化学学院教授，2017年任深圳大学特聘教授。其中，2010年7-9月英国剑桥大学化学系访问教授，2014年7-8月加拿大多伦多大学材料科学与工程系访问教授。

主要研究方向为有机高分子光电功能材料及器件研究，包括有机/高分子发光材料、有机/高分子半导体材料，重点研究其在光电转换（包括有机电致发光和有机太阳能电池）及生物传感成像等领域的应用。主持国家自然科学基金重点项目、科技部973项目等省部级项目30余项。在化学、材料及交叉领域的期刊上发表SCI学术论文近450余篇，包括Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Sci. Adv., Nat. Commun., Energy. Environ. Sci.等期刊；论文SCI引用20000余次，连续三年入选Clarivate（科睿唯安）和Elsevier（爱思唯尔）全球高被引学者名单；获授权中国发明专利近30项；2008年和2015年先后二次获湖北省自然科学奖一等奖。已培养博士近50名，硕士30余名，一篇博士论文获评全国百篇博士学位论文，四篇博士论文获评湖北省优秀博士论文。

罗正辉，深圳大学材料学院副教授，博士。2019年博士毕业于武汉大学，并随后到香港科技大学从事两年的博士后研究工作。长期致力于有机光伏材料和器件研究，以第一作者或通讯作者在Joule，Adv. Mater.，Angew. Chem. Int. Ed.，Energy Environ. Sci.，Nat. Commun.，Natl. Sci. Rev., Sci. China. Chem.等期刊发表SCI论文30余篇。截止至2022年6月，论文总被引5000余次，H因子为39（Google Scholar），入选ESI高被引文章共20篇，热点文章2篇。

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