浙江大学陈红征团队CEJ：非稠环受体的程序化演变实现有机太阳电池光电流及能量损失的协同优化

第一作者：沈晴，何程亮

通讯作者：李水兴*，陈红征*

单位：浙江大学

相较于无机太阳电池，有机太阳电池由于具有柔性、多彩、半透明等特点而受到了日益广泛的关注。近年来，有机太阳电池发展迅速，目前单结有机太阳电池的能量转换效率已经超过了19%。然而，目前最高效率的有机太阳电池器件都是基于稠环电子受体材料制备的，其结构复杂，生产成本高，不利于大规模制备。非稠环电子受体由于结构简单，合成简便，逐渐受到了研究人员的关注。因此，如何进一步提高基于非稠环电子受体的器件效率是目前亟待解决的问题。本文针对上述问题对非稠环电子受体展开了系列研究，探究了如何通过优化材料分子结构实现性能提升，为未来非稠环受体分子的结构设计提供了参考，有助于加速有机太阳电池领域的研究及实际应用。

浙江大学陈红征课题组与中国科学院化学所李永舫课题组、西安交通大学马伟课题组、东华大学马在飞课题组进行合作，在早先报道的非稠环受体DF-PCIC的基础上，通过对末端以及侧链进行不断调整，逐步优化了分子的能级、吸光范围以及结晶性等，最终得到了具有更宽的光谱响应范围以及更低的能量损失的非稠环受体O-PC-EH，该材料与给体J52共混后制备的器件实现了各性能参数的协同提升，并获得了14.4%的效率（认证效率14.1%）。相关成果最新发表于《Chemical Engineering Journal》上，题为“Progressive evolutions of non-fused ring electron acceptors toward efficient organic solar cells with improved photocurrent and reduced energy loss”。

该工作采用J52作为给体，在早期报道的非稠环受体DF-PCIC的基础上，通过分子结构的逐步演变，包括分子末端引入吸电子性卤素原子、分子核心的吸电子基团更换为给电子烷氧基、烷氧基上烷烃由直链改为支链等，优化了给受体的共混匹配，获得了性能的逐步提升。本文的主要结论有：

1. 分子设计方面，通过调谐分子核心给电子能力和分子末端的吸电子强度实现能级优化，通过增强分子内电荷转移效率实现吸收光谱的有效拓展，利用柔性烷烃的立体位阻效应实现分子结晶行为的调控。

Progressive evolutions of non-fused ring electron acceptors toward efficient organic solar cells with improved photocurrent and reduced energy loss

李水兴 博士简介：2012年天津大学本科毕业，2017年浙江大学博士毕业，之后以博士后身份留校工作至今，2022年晋升为专职研究副研究员。主要从事有机光伏材料与器件的研究，在Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Joule, Energy Environ. Sci., Adv. Energy Mater.等学术期刊发表SCI论文近60篇，其中两篇被评为“中国百篇最具影响国际学术论文”，论文迄今被引5000多次。

陈红征 教授简介：1988年浙江大学本科毕业，1994年浙江大学博士毕业后留校任教，1999年晋升为教授，2011年受聘为浙江大学求是特聘教授。先后在香港科技大学、比利时Antewerp大学和欧洲高校微电子中心（IMEC）、美国Stanford大学进行访问研究。主要从事有机高分子和有机无机杂化钙钛矿光电功能材料与器件的研究工作，在Nature Nano., Adv. Mater., Chem. Rev., J. Am. Chem. Soc., Nature Commun., Joule, Angew. Chem. Int. Ed., Energy Environ. Sci., Adv. Energy Mater. 等本领域著名学术刊物发表论文500多篇。

沈晴，浙江大学高分子系博士生。本科毕业于浙江大学高分子系，现为浙江大学高分子系2022级直博生，导师为陈红征教授。研究方向为非稠环电子受体的设计合成及其光伏应用。

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