【儀表網 研發快訊】有機太陽能電池因其輕質、柔性和可溶液加工等獨特優勢，在便攜式電子設備和建筑一體化光伏等領域展現出巨大潛力。近年來，非富勒烯受體的發展為提升有機太陽能電池性能提供了重要機遇。這一進步主要歸功于非富勒烯受體優異的光電性能，能夠高效地吸收太陽光并以極小的驅動力實現電荷的生成，同時抑制非輻射復合。然而，有機太陽能電池仍面臨較大的開壓損失、光子利用效率不足以及載流子遷移率較低等問題。因此，發展新型非富勒烯受體以突破發展瓶頸及提升器件性能具有重要意義。
在國家自然科學基金委、科技部、中國科學院和北京分子科學國家研究中心的支持下，化學所有機固體實驗室朱曉張課題組致力于發展高效非富勒烯受體材料，前期通過在受體主核中引入喹喔啉單元，報道了一種可實現低能量損失的喹喔啉基非富勒烯受體材料(Sci. Bull.2019,64, 1144；Adv. Mater.2020,32, 1906324)。
近期，該團隊在前期工作基礎上，通過主核功能化設計成功發展出系列高效喹喔啉基非富勒烯受體材料，在二元和三元有機太陽能電池中取得了重要進展(Adv. Mater.2023,35, 2300363；Joule2024,8, 835；Energy Environ. Sci.2024,17, 4944；Adv. Mater.2025, DOI: 10.1002/adma.202500282)，為開發具有低能量損失和整體性能提升的高效率光伏技術奠定了基礎。其中，基于π擴展喹喔啉主核單元的多功能位點，通過協同異構化和溴化策略，設計并合成了異構非富勒烯受體AQx-21和AQx-22。主核溴化的異構化效應顯著影響了分子的內在特性，包括靜電勢、極化率、介電常數、激子束縛能、結晶性和與給體材料的混溶性，從而改善了分子堆積和體異質結形貌。最終，AQx-22基二元有機太陽能電池實現了19.5%的優異能量轉換效率，高開路電壓(0.970 V)和低能量損失(0.476 eV)。相關研究成果近日發表于Advanced Materials期刊(Adv. Mater.2025,37, 2413376)，第一作者為化學所博士研究生劉柯蕊，通訊作者是朱曉張研究員。
受體主核溴化的異構化效應實現低能量損失的高性能有機太陽能電池
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