孙艳明双重兼容性极性可切换小分子在OSCs辅助电荷生成与传输路径

主要内容

有机太阳能电池（OSCs）的商业化进程面临诸多瓶颈，包括相对较高的电压损耗、给体-受体界面电荷生成不足以及形态不稳定等关键问题。传统的界面调控方法常陷入能量分布不匹配和/或分子相容性不佳的困境。

在此情形下，北京航空航天大学孙艳明教授和王镇教授带领其团队展开深入研究。团队设计并合成了两种小分子L8-CT和L8-2CT，它们是通过对明星非富勒烯受体L8-BO进行端基取代得到的。在此过程中，L8-BO逐渐从电子受体转变为电子给体。值得一提的是，具有完全端基取代结构的L8-2CT在三元共混物中，与给体（PM6）和受体（L8-BO）均展现出优异的相容性/混溶性。L8-2CT与L8-BO之间紧密的分子堆积，使激子扩散时间相较于PM6:L8-BO体系缩短了一个数量级。L8-2CT的引入显著增强了给体-受体分子在界面处的渗透性，开辟了辅助电荷生成和传输的路径，进而提高了界面电荷生成效率，增强了形态稳定性。因此，PM6:L8-BO:L8-2CT三元器件实现了高达20.33%的卓越效率，同时光稳定性也得到显著提升。这一成果从根本上挑战了三元有机太阳能电池中第三组分的传统设计范式。

具体而言，在该研究中，团队对非富勒烯小分子受体L8-BO的吸电子端基进行修饰，成功合成了不对称的L8-CT和对称的L8-2CT衍生物。随着端基取代程度的增加，实现了电子性质的转变：完全取代的L8-2CT作为电子给体，而半取代的变体L8-CT则表现出中间特性。随后，团队将这些衍生物作为客座组分引入到PM6:L8-BO体系中。与L8-CT相比，对称的L8-2CT与给体聚合物PM6和受体L8-BO均表现出优异的双重相容性，形成了适当的界面分子渗透。尽管L8-2CT在结构上与受体L8-BO相似，但在活性层基质中，其功能却类似于电子给体，从而建立了额外的电荷生成通道和三维电荷传输网络。激子扩散时间的缩短实现了超快的电荷生成，同时显著抑制了陷阱介导的复合，而界面分子渗透则进一步增强了形态稳定性。通过同时优化开路电压（Voc）、短路电流密度（Jsc）和填充因子（FF），基于L8-2CT的三元器件实现了高达20.33%的卓越光电转换效率（PCE），光稳定性也得到进一步提升。该研究提供了一种新颖的设计策略，即通过调控分子极性和相容性，在有机太阳能电池中实现辅助电荷传输路径。

文献信息

Dual-Compatible Polarity-switched Small Molecules Enable Auxiliary Charge Generation and Transport Pathways in Organic Solar Cells

Jiawei Deng, Guangkuo Dai, Lixuan Kan, Haisheng Ma, Jiali Song, Peiqing Cong, Ziwei Zhang, Xunchang Wang, Renqiang Yang, Zhixiang Wei, Zhen Wang, Feng Liu, Yanming Sun

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202517341