有机器太阳能电池A-DA'D-研究A型小分子受体的“构型-性能”关系取得了进展

分子结构在决定有机半导体材料的物理性质和化学性质方面起着关键作用。然而，A用于有机太阳能电池-DA'D-A型小分子受体(SMA)，其构效关系的系统研究仍然比较匮乏。

与上海交通大学刘烽课题组合作，中国科学院化学研究所李永邈课题组以二氯苯为A'吸电子单元，突破了传统A'单元由于粘结构而产生的构型限制，设计并合成了四种几何构型(C型)、Ɂ苯并二吡咯型小分子受体，形状，M型和S型)，即C-Cl46-Cl、Ɂ-Cl46-Cl、M-Cl46-Cl、S-Cl46-Cl，并且分析了分子构型对其光伏性能的影响。

研究发现，分子构型从三个方面影响分子的物理化学性质和光伏性能:一是本征物理化学性质，包括能级分布、光谱吸收和重组能量;二是分子堆积模式影响激子扩散和电荷传输过程;第三，给体-受体的相互作用和相容性决定了活性层薄膜的形状。研究表明，C型SMA材料表现出更理想的能级和吸收范围、更紧密有序的分子堆积模式和更好的给体-受体相互作用和相容性，使其基于D18:C-Cl46-Cl的二元有机太阳能电池设备实现了19.94%的能量转换效率(经权威机构认证，效率为19.54%)，达到了目前二元有机太阳能电池的先进水平。相比之下，其他构型的SMA在性能表现上存在不足。举例来说，?M型SMA具有较大的重组能力和松散的堆积模式，而S型SMA具有较低的溶解度和较强的聚集性，限制了设备性能的提高。

上述研究揭示了A-DA'D-A型小分子受体的“构型-性能”关系，为未来高性能有机光伏材料的分子设计提供了理论指导和参考。

Molecular Geometry-Property Relationship of Benzodipyrrole-Based A-DA'D-A Type Acceptors for High-Performance Organic Solar 以Cells为题，发表在《德国应用化学》上。国家自然科学基金支持研究工作。