有機太陽能電池因其輕質(zhì)、柔性和可溶液加工等獨特優(yōu)勢，在便攜式電子設備和建筑一體化光伏等領域展現(xiàn)出巨大潛力。近年來，非富勒烯受體的發(fā)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(yōu)異的光電性能，能夠高效地吸收太陽光并以極小的驅(qū)動力實現(xiàn)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(fā)展新型非富勒烯受體以突破發(fā)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(fā)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(xiàn)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(fā)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(fā)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(xié)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(nèi)在特性，包括靜電勢、極化率、介電常數(shù)、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(zhì)結形貌。最終，AQx-22基二元有機太陽能電池實現(xiàn)了19.5%的優(yōu)異能量轉(zhuǎn)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(fā)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(xiàn)低能量損失的高性能有機太陽能電池