南方科技大学何凤教授，AFM：高效合成共轭拓展的二聚同分异构受体，助力Q-PHJ太阳能电池发展

第一作者：欧美红，郎咏雯

通讯作者：何凤*

单位：南方科技大学

有机太阳能电池作为一种极具发展前景的绿色能源器件，具有柔性、质轻、低成本和可大面积印刷制备等优点。活性层材料是制作太阳能电池的基础，一般由聚合物给体以及受体材料组成。二聚受体自报道以来便吸引了众多科研人员的关注，主要是因为其克服了小分子受体稳定性差，聚合物受体合成批次之间差异较大等问题，同时结合了两者的优势，如分子结构明确，重复性优等。但通过端基连接的二聚受体会因为端基的缺失而使得结晶性下降。末端基团的调节能够对受体材料产生显著的影响，尤其体现在分子堆积，结晶性等方面，主要是因为它可以参与π-π堆叠以形成有效的电子传输网络。

基于此，来自南方科技大学的何凤教授团队，在国际知名期刊Advanced Functional Materials上发表题为“One-Pot Synthesis of Conjugation-Extended Isomeric Dimer Acceptors for High-Performance QPHJ Solar Cells”的研究文章。该文章合成了一系列通过端基进行共轭拓展的二聚同分异构受体，来研究不同位置端基拓展对二聚体的影响。通过内侧端基进行共轭拓展的三个二聚体是通过一锅法STILL偶联合成，极大的降低了合成的时间以及成本。其中，dBSeIC-εNIC器件PCE达16.76%，高于dBSeIC-γIC器件。鉴于此，选择内侧端基最佳连接位点，从外侧端基进行共轭拓展，合成了dBSeNIC-γIC，其Q-PHJ器件由于明显减弱的陷阱辅助符合而获得了17.68%的最高PCE。该工作揭示了端基的共轭拓展对于二聚受体的影响，同时也强调了连接位点的选择对有机太阳能器件性能的重要性。

“一锅法”的合成避免了混合端基m-Br-NIC的繁琐分离过程，且减少了单独二聚受体合成的时间以及成本花费。通过内侧进行端基共轭拓展的三个二聚受体他们在连接位点上有所不同，将其进行纯化分离，并通过：1.COSY谱图；2.制备产物片段来进行区分。

要点二：光学及电化学性能

无论是从内侧或者外侧进行共轭拓展后，分子的溶液态以及薄膜态的最大吸收值都发生了显著的红移。端基共轭拓展之后，带隙都有了不同程度的变窄。

要点三：器件光伏性能分析

为了研究二聚同分异构受体的器件性能，制备了准平面异质结（Q-PHJ）器件。通过萘环端基的ε位点连接的dBSeIC-εNIC器件，平衡的迁移率和载流子寿命使得其器件PCE相较于dBSeIC-γIC器件高，为16.76%。而dBSeIC-ζNIC和dBSeIC-εζNIC的混合膜明显的聚集形貌使得他们拥有较低的电荷收集效率以及较短的载流子寿命，因此PCE相较未进行共轭拓展的二聚体器件低。基于此，选择内侧端基的最佳连接位点，合成的从外侧进行端基共轭拓展的二聚体dBSeNIC-γIC的OSCs获得了17.68%的最佳PCE。

要点四：混合膜形貌分析

为了了解不同位置端基拓展对于二聚体结晶性的影响，分别对五个二聚体的混合膜进行了GIWAXS测试，五个二聚体都呈现face-on朝向。dBSeIC-ζNIC/PBQx-H-TF混合膜的衍射峰较弱，在面内（IP）方向出现了许多尖锐的散射峰。除dBSeIC-ζNIC之外，其他端基拓展后的二聚体在面外（OOP）方向表现出相似的q值，而在IP方向的d-spacing相较dBSeIC-γIC减小。在OOP方向的010峰和在IP方向的100峰的CCLs都有了不同程度地增大。结果表明无论从内侧或者外侧进行端基共轭拓展，都能提高二聚体的有序堆积和结晶性。

One‐Pot Synthesis of Conjugation‐Extended Isomeric Dimer Acceptors for High‐Performance Q‑PHJ Solar Cells

何凤，南方科技大学化学系教授，副系主任，国家杰出青年基金获得者。于2002年和2007年毕业于吉林大学并获学士和博士学位，师从马於光院士；其后先后加入加拿大多伦多大学Mitchell A. Winnik教授、英国布里斯托尔大学Ian Manners教授和美国芝加哥大学Luping Yu教授研究团队从事博士后研究；2012年起，作为高级研究员先后加入美国Nano-C, Inc.公司和美国Polyera Corp.公司进行研发工作。2014年加入南方科技大学开展教学和研究工作，主要围绕有机功能材料分子间非共价相互作用调控开展研究，并在有机光伏材料和聚合物二维三维自组装微纳材料等方向拓展其应用，至今在Joule、J. Am. Chem. Soc.、Nat. Commun.以及Adv. Mater.等国际顶尖专业杂志上已发表论文超过200篇，并授权多项美国和中国发明专利。曾入选国家级人才（青年）项目，2019年获得中国化学会氯元素代言青年科学家。担任《Journal of Energy Chemistry》、《Next Energy》和《Chinese Chemical Letters》期刊编委及《高等学校化学学报》青年执行编委。

欧美红，南方科技大学理学院化学系2024级博士研究生，导师是何凤教授。主要研究方向是有机太阳能电池受体材料的设计合成及其光伏性能研究。