南开陈永胜AFM新突破：二元OSCs效率达20.2%，平衡堆积创纪录。

主要内容

南开大学陈永胜教授、阚斌教授和姚朝阳教授带领团队，针对有机太阳能电池（OSCs）中光动力过程对分子间堆积方式的强依赖性，开展了基于分子工程策略的系统性研究。

研究团队以二维扩展型小分子受体（SMA）平台为基础，通过协同调控端基（IC/NC-2F）与中心单元的堆积面积与强度，设计合成了一种新型不对称受体CHFN。

该分子展现出三重结构优势：

（1）相较于含双小尺寸IC端基的对称结构CH6F，引入大尺寸NC-2F端基使CHFN的共轭骨架更延展且刚性，吸收光谱红移达35 nm；

（2）双端基（IC+NC-2F）的协同作用优化了堆积强度平衡，使结晶度从CH6F的62%提升至78%；

（3）纤维状网络形貌的优化（纤维直径从15±3 nm降至10±2 nm）显著促进了激子解离（效率达98%）与电荷传输（迁移率提升2.3倍）。

基于此分子设计，PM6:CHFN基二元OSCs器件实现20.23%的认证效率（第三方测试），其开路电压（Voc=0.91 V）、短路电流密度（JSC=26.8 mA/cm²）及填充因子（FF=82.1%）较对照器件（PM6:CH6F: 18.74%; PM6:CH17: 19.00%）均获显著提升，创下二元不对称受体OSCs效率世界纪录。

值得注意的是，该器件在1.0 cm²活性面积下仍保持18.09%的效率（认证值），展现出优异的规模化应用潜力。研究团队通过原位GIWAXS与TRPL联合表征，揭示了端基/中心单元堆积平衡对薄膜形貌与电荷动力学的调控机制，为高性能SMA体系的分子设计提供了"堆积面积-强度-性能"三参数协同优化的新范式。

文献信息

BalancingPackingStrengthofEnd/CentralUnitsEnablesBinaryOrganicSolarCellstoAchieve20.2%Efficiency

PeiranWang,XiangjianCao,WenkaiZhao,YuZhang,ZhengXu,ZheZhang,GuanghuiLi,GuankuiLong,XiangjianWan,ChenxiLi,ZhaoyangYao,BinKan,YongshengChen

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202518113