中國在全小分子有機太陽能電池研究取得進展

中國科學院國家納米科學中心納米系統與多級次製造重點實驗室研究員魏志祥團隊致力於可溶性有機小分子太陽能電池材料研究，優化活性層形貌、提高零件性能，實現電池效率持續提升，發展出一系列分子設計策略，拓展對於小分子太陽能電池原理機制的理解。

該團隊與國家納米中心研究員裘曉輝課題組合作，以全小分子有機太陽能電池 ZR-TT / Y6 為基礎，引入受體物料的同源聚合物 PJ1 作為相介面相容劑，以加強給受體的相互作用、改善給受體活性層形貌，將能量轉換效率從 14.3% 提高到 15.5%。

結果表明，PJ1 在活性層中位於給受體介面，增強了給體受體間的相互作用，使活性層中分子堆積更加緊密，從而優化活性層形貌，加快空穴轉移速率，最終提升能量轉換效率。該聚合小分子受體添加策略具有普適性，為全小分子有機太陽能電池的形貌提供新思路。

在新物料設計與合成方面，該團隊與美國北卡羅萊納州立大學教授 Harald Ade 等合作，從小分子給體設計入手，將小分子給體的側基苯環中的硫醇烷基鏈從對位移動到間位，設計並合成兩個小分子給體 P-PhS 和 M-PhS。與 P-PhS 相比，M-PhS 的分子平面性和表面張力均有提高，在與小分子受體 BTP-eC9 混合後，在擁有良好相容性的同時，M-PhS 還保持其有序堆積能力。

結果顯示，基於 M-PhS / BTP-eC9 的零件形貌具有良好的結晶性和多尺度相區結構，實現激子分離和電荷傳輸的協同優化，短路電流和填充因數的同時提高，在二元全小分子太陽能電池中取得16.2% 的創紀錄效率。研究表明，提高物料結晶性的同時，減低給體物料和受體物料表面能的差異性來提高相容性，是獲得高性能全小分子太陽能電池的有效策略。