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氯取代策略广泛应用于提升有机光伏材料的分子间相互作用，但其作用机制长期未被明确。苏州大学崔超华与李永舫团队系统研究了氯取代对小分子受体性能的影响，揭示了其通过极化色散效应优化分子堆积的关键机制。
研究发现，在小分子受体中心核引入氯原子可增强共轭骨架方向的分子极化率，进而通过增强色散相互作用促进更紧密、有序的面对面π–π堆叠。该结构优化显著提升了电子迁移率：单氯取代衍生物QX-Cl和双氯取代衍生物QX-2Cl的电子迁移率较无氯前体QX提高两倍以上。同时，单氯取代还增强了J-聚集特性，带来更高的消光系数。
基于D18:QX-Cl的二元器件实现了19.53%的光电转换效率（PCE）和82.88%的填充因子（FF），优于对照组D18:QX（PCE=18.28%，FF=79.91%）。将QX-Cl作为第三组分引入D18:N3体系构建三元器件后，PCE进一步提升至20.41%，展现出优异的协同效应与应用潜力。
研究亮点
- 阐明氯取代的极化色散机制：氯原子通过提升分子极化率和色散能，驱动更紧密有序的π–π堆叠，显著增强电子迁移能力。
- 实现高效率与高填充因子协同提升：QX-Cl在保持高开路电压的同时，将FF提升至82.88%，PCE达19.53%，突破性能瓶颈。
- 展现多元体系中的普适性优势：作为客体受体引入后，有效优化相分离形貌与分子堆叠，推动三元器件效率突破20.41%。
图文信息
文章信息
Dispersion effect of chlorination induced intermolecular stacking optimization of small-molecule acceptor for high-performance organic solar cells
K. Hu, Y. Ge, H. Yang, Y. Xu, J. Qian, X. Zhu, Y. Wu, C. Cui and Y. Li, Energy Environ. Sci., 2025
DOI: 10.1039/D5EE04322K
https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2025/EE/D5EE04322K