福建师范大学海峡柔性电子学院，CEJ，侧基连接构筑的三叶草形大分子受体通过优化分子骨架实现高效有机太阳能电池

第一作者：覃珊珊

通讯作者：马康桥*，陈振宇*，钱德平*

单位：福建师范大学海峡柔性电子学院

有机太阳能电池因其柔性、轻量化和可溶液加工等优势，被认为是新一代光伏技术的重要发展方向。其中，非富勒烯受体材料，尤其是Y系列小分子受体的出现，显著推动了器件效率的快速提升。然而，随着效率逐渐逼近理论极限，传统单分子受体在分子堆积调控、形貌稳定性以及规模化应用方面逐渐暴露出局限性。相比之下，寡聚物和聚合化小分子受体在形貌稳定性和加工容忍度方面具有潜在优势，但其光伏性能普遍低于单分子受体，核心问题在于分子结构设计和分子间相互作用缺乏精确调控。因此，发展新的分子构筑策略，在保持高效电荷输运的同时实现对分子堆积、混溶性和薄膜形貌的精细调节，已成为推动高性能有机太阳能电池进一步发展的关键科学问题。

近日，来自福建师范大学海峡柔性电子学院的马康桥、陈振宇、钱德平等人，在国际知名期刊Chemical Engineering Journal上发表题为“Branch-connected construction of shamrock-shaped giant molecule acceptors enables efficient organic solar cells through optimized molecular architecture”的文章。该文章发展了一种基于侧基方向共轭拓展构筑三聚体受体材料的新策略，同时通过烷基链工程对共轭骨架进行了有效调控。

本工作提出了一种新的三聚体受体材料构筑策略，通过“侧基连接”的方式在侧链方向实现共轭拓展，成功构筑出具有三叶草形几何特征的大分子受体结构。与现有基于端基或中心核连接的设计思路相比，该策略为三聚体受体的分子构型与电子结构调控提供了更大的设计自由度，在保持关键功能单元完整性的同时，有利于实现更加合理的分子堆积与相互作用调节。这一分子工程路径为高性能寡聚物及大分子受体材料的设计与发展提供了新的思路与可能性。

在该分支连接体系中，研究者进一步通过调控不同空间位阻的烷基链，实现了对分子平面性、分子间相互作用以及与给体材料混溶行为的精细调节。结果表明，适度的空间位阻能够在分子平面性与聚集强度之间建立良好平衡，从而获得更优的共混膜形貌和电荷输运性能。该研究清晰揭示了烷基链工程在调控分子间相互作用和器件性能中的关键作用，为高效有机太阳能电池材料的设计提供了重要指导。

该研究表明，通过分支连接实现侧向共轭拓展，不仅为三聚体受体材料的分子设计提供了新的自由度，也为寡聚物乃至聚合化小分子受体的发展打开了新的可能空间。未来，这一策略有望与能级调控、端基工程及主链构型优化相结合，进一步拓展材料吸收范围并降低能量损失。同时，借助更加精细的烷基链与侧链工程，实现对分子堆积、混溶性及薄膜形貌的协同调控，将有助于在效率、稳定性与可加工性之间取得更优平衡。可以预见，基于分支连接的大分子受体体系将在高性能、可规模化的有机太阳能电池研究与应用中展现出广阔的发展前景。

Branch-connected construction of shamrock-shaped giant molecule acceptors enables efficient organic solar cells through optimized molecular architecture

马康桥简介：2024年6月博士毕业于南开大学陈永胜院士课题组，2024年8月作为福建省引进生加入福建师范大学钱德平课题组开展研究工作，现为海峡柔性电子学院副教授。长期从事有机光电材料的设计合成与性能研究，以第一/通讯作者身份在Adv. Funct. Mater，Macromolecules，Adv. Energy Mater，ACS Materials Lett.，Sci China Chem.，Chemical Engineering Journal，J. Mater. Chem. C.等学术刊物上发表多篇研究论文。

课题组研究方向为有机半导体材料在太阳能电池中的应用基础研究，包括有机半导体材料合成、器件制备与表征、材料结构-性能关系、器件物理与光物理研究等。团队成员包括海外优青1名（课题组长），福建省高层次人才（C类）四名，其中青年英才两名，福建省引进生两名。课题组每年招收具有化学/材料/物理/光学等专业背景的硕士研究生3-5名，博士研究生1-2名。课题组热忱欢迎具有柔性电子、有机化学、半导体材料、半导体器件物理等研究背景的硕士、博士或博士后加盟！

福建师范大学海峡柔性电子（未来科技）学院成立于2021年12月，是学校面向未来电子信息技术发展需求设立的创新型学院，与2020年6月成立的海峡柔性电子（未来科技）研究院合署办公。学院拥有福建省柔性电子重点实验室科研平台，现设有柔性生物电子、柔性微纳电子、柔性有机电子三个研究所，旨在聚焦柔性电子学研究关键科学问题，孕育颠覆性技术，引领该领域基础研究与国际科技前沿，服务国家重大战略需求，助推以柔性电子为核心，涵盖人工智能、材料科学、泛物联网、空间科学、健康科学、能源科学、数据科学等八大关键核心技术与战略性产业的革新，奋力实现相关交叉科学领域开道超车与全球领跑。学院由有机电子学与柔性电子学的奠基人和开拓者黄维院士领衔，汇聚多位活跃于国际学术前沿的中青年学者，组建起国际化、综合性的教学科研团队。学院现有教学科研人员47人，其中正高15人，高级职称占比超过91.5％，博士学位100％；国家级青年人才3人、省部级人才43人，1人荣获福建省优秀科技工作者称号，1人入选福建省氟新材料产业链特聘专家团1人。在研国家自然科学基金项目30项，获批省级基金项目38项、科技部重点研发子课题1项；在Nature、Nature Materials等国际顶级期刊发表论文200余篇，授权国家发明专利40余项。