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  近年來，溶液可加工的體異質(zhì)結有機太陽能電池發(fā)展迅猛。隨著稠環(huán)電子受體設計理念的提出，一系列高效率受體材料如雨后春筍般涌現(xiàn)，其最高效率已超過18%。然而這類材料的合成路線一般較為復雜，總產(chǎn)率較低。為了解決上述問題，浙江大學陳紅征教授在2018年首先提出以簡單或者低稠合度的芳香單元來構建A?D?A’(D’)?D?A型非稠環(huán)電子受體，從而縮短反應路線，降低合成成本。

  為了增強分子內(nèi)部的共平面性，在設計這類材料時通常會考慮引入分子內(nèi)弱相互作用力，即非共價“構象鎖”（Noncovalent conformational locks）。這一概念最早由黃輝教授與美國西北大學的Tobin Marks教授等人提出（J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 10966.）。目前，非共價鍵“構象鎖”已經(jīng)廣泛運用到共軛小分子和聚合物材料的設計中，得到了一系列可應用于有機太陽能電池和場效應晶體管等領域的高性能有機半導體材料，并逐漸成為設計高性能有機半導體材料的重要策略之一。

  近日，中國科學院大學黃輝教授團隊設計合成了以苯并三氮唑為D’單元，含有S···O“構象鎖”的新型非稠環(huán)電子受體BTzO-4F。由于該分子具有較寬的吸收范圍以及合適的能級，當與給體聚合物PBDB-T共混時，可在300至900納米的范圍內(nèi)均有外量子效率響應，并具有較好的激子解離效率和微觀形貌。最優(yōu)器件獲得了0.839V的開路電壓，23.58mA cm^-2的短路電流，以及69.73%的填充因子，達到了13.80%的光電轉(zhuǎn)換效率，取得了目前文獻報道的基于非稠環(huán)電子受體光電轉(zhuǎn)化效率的最高紀錄。這一最新成果進一步展現(xiàn)了非共價鍵“構象鎖”的應用潛力，也對非稠環(huán)電子受體材料的設計提供了重要的新思路。

  該研究工作已在線發(fā)表于Science China Chemistry。共同第一作者為中國科學院大學在讀博士研究生劉行正和魏亞男，共同通訊作者為張昕博士和黃輝教授。以上結果得到國家自然科學基金、科技部重點研發(fā)計劃、中國科學院前沿科學重點研究項目等支持。

  原文鏈接：

  An A-D-A’-D-A type unfused nonfullerene acceptor for organic solar cells with approaching 14% efficiency

  Xingzheng Liu, Yanan Wei, Xin Zhang, Linqing Qin, Zhixiang Wei, Hui Huang

  https://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11426-020-9868-8