武大闵杰团队在高性能三元全小分子有机太阳能电池体系构建获进展

　　近日，武汉大学高等研究院闵杰教授课题组在高性能三元全小分子有机太阳能电池体系构建取得新进展，最新研究成果发表在国际顶级期刊《Advanced Materials》（先进材料）上，论文题为“High-performance Small Molecule Organic Solar Cells Enabledby a Symmetric-Asymmetric Alloy Acceptor with a Broad Composition Tolerance”（由具有宽组份容忍度的对称-非对称合金受体制备的高性能全小分子有机太阳电池），高等研究院博士研究生高远、杨欣荣为论文共同第一作者，闵杰教授为论文独立通讯作者。

　　全小分子有机太阳电池（all-SMOSCs）是由小分子给体（SMD）与小分子受体（SMA）作为活性层的一类有机太阳电池，与聚合物太阳电池（PSCs）相比，具有易于纯化、分子结构明确、重现性好等优点，因此具有巨大的应用潜力。在窄带隙SMA的发展基础上, all-SMOSCs的功率转换效率（PCE）也取得了优异的进步，二元和三元all-SMOSCs都超过了17%。然而，由于缺乏有效的宽带隙SMD、施主-受主材料的失配和形貌控制困难等诸多因素，all-SMOSCs的PCE仍落后于聚合物:小分子的活性层体系（接近20%）。因此，进一步提升全小分子活性层体系的器件效率仍然是重要研究方向之一。

　　在限制all-SMOSCs的PCE发展的诸多因素中，调控共混活性层的微观结构尺寸尤为困难。值得一提的是，许多研究表明三元共混策略有助于克服二元共混物的电子结构和形貌限制。为此，课题组设计并合成了一种窄带隙小分子受体SSe-NIC，其呈现出良好的吸收和较强的结晶性行为。进一步将SSe-NIC作为第三组分添加到MPhS-C2:BTP- eC9二元体系中，发现该受体与报道的BTP-eC9受体材料不仅在光谱上具有良好的互补性，还可在三元活性层中形成受体合金相。并且，SSe-NIC的加入明显优化了三元共混物的体相微观结构，并减少了活性层的能量无序以及减少了三元体系的能量损失，从而提高了短路电流密度和填充因子。因此，最优比例的三元all-SMOSCs提供了18.02%的器件效率（这一值是迄今为止报道的SMOSCs的最高效率），且展现出比二元主体系更优的器件运行稳定性。这一工作促进了小分子受体的设计和高性能三元全小分子活性层体系的设计与开发，并展现了全小分子体系实际应用的巨大潜力。

　　该项工作得到了国家自然基金委、中央高校基本科研业务费等的资助。浙江大学朱海明教授、香港中文大学路新慧教授、武汉理工大学刘超教授等合作者在性能测试表征方面提供了支持和帮助。

　　https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202300531

　　(来源：武汉大学 版权属原作者 谨致谢意）