陈永胜万相见20.04%效率首位相连拓扑乙烯桥接二聚体受体赋能OSCs

主要内容

二聚化小分子受体是制备高性能有机太阳能电池（OSCs）的潜力材料，然而其拓扑结构的多样性仍未得到充分探索，成为制约该领域发展的关键短板。针对这一核心研究空白，南开大学陈永胜、万相见带领其团队开展专项研究，设计并开发出两种二聚体受体QD-2与QD-3——二者均通过Y系列构筑单元非常规的“头对尾”连接方式构建，分别以亚乙烯基和亚乙炔基单元作为桥连基团，展现出由各自桥连单元主导的独特构效关系。

综合表征与联合分析结果表明，QD-2具备多重协同性能优势：它可同步抑制能量无序性与电子-声子耦合，促进形成有利的分子堆叠，还能诱导薄膜自组装为纤维状形貌，进而显著改善激子与电荷动力学性能，大幅增强激子解离与电荷传输效率。通过光谱分析、计算模拟与形貌表征的系统研究，团队进一步证实，亚乙烯基桥连的QD-2在分子有序性与界面混合之间实现了最优平衡，为高效的电荷产生与传输提供了坚实保障。最终，基于QD-2的有机太阳能电池展现出卓越的光电转换效率（PCE）：二元器件效率达19.39%，三元器件效率高达20.04%，不仅显著超过基于QD-3的二元器件（18.05%），更优于PM6:QD-3体系的18.08%，性能优势十分突出。

此外，QD-2与QD-3均具有较高的玻璃化转变温度（Tg），凭借这一结构特性，两种二聚体受体均保持了优异的热稳定性，成功解决了有机太阳能电池长期面临的热稳定性不足这一关键挑战。

陈永胜、万相见团队的这项研究，不仅深刻揭示了桥连基团化学、分子拓扑结构及其协同调控在二聚体受体设计中的核心作用与深远影响，更通过新颖的拓扑结构设计策略，为下一代有机太阳能电池材料的研发提供了科学的指导性框架，同时为开发稳定、高效的有机光伏器件开辟了极具前景的技术新途径。

Designing Head-to-Tail Topological Vinylene-Bridged Dimer Acceptor for Efficient and Stable Organic Solar Cells

Wendi Shi, Qiansai Han, Wenkai Zhao, Zheng Xu, Ziqi Ma, Ruohan Wang, Guankui Long, Zhaoyang Yao, Chenxi Li, Xiangjian Wan, Yongsheng Chen

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202523116