近日，太阳海傑峰副教授聯合南京理工大學俞江升副研究員、東華大學胡華偉研究員和南京大學陳尚尚教授在綠色高效有機太陽能電池研究方面取得最新成果，在知名期刊Chemical Engineering Journal（SCI一區TOP期刊，IF=16.744）上發表題為“Ending group modulation of asymmetric non-fullerene acceptors enables efficient green solvent processed organic solar cells”的研究論文。該項研究工作得到廣西自然科學基金（2022JJA120094）、廣西電磁化學功能物質重點實驗室開放基金（EMFM2022101）和廣西高校中青年教師科研基礎能力提升項目（2022KY0256）等多個項目的資助。
基于非富勒烯受體（non-fullerene acceptor, NFA）的有機太陽能電池（organic solar cells, OSCs）雖然已經取得了長足的進步，光電轉化效率（power conversion efficiency, PCE）超過了19%，但是在實現其商業化的道路上，為克服傳統工藝使用有害的鹵代溶劑，而采用綠色溶劑制備工藝（green solvent processed, GSP）獲得高效的OSCs仍然極具挑戰。因此，探索開發适用于高效GSP-OSCs的新型NFA材料變得尤為必要。
海傑峰副教授研究團隊合成了系列不對稱NFA分子（BTP-SO-BrF, BTP-SO-1F, BTP-SO-2F），它們擁有相同的烷氧基/烷硫基支化側鍊，不同的吸電子端基（IC-BrF, IC-1F, IC-2F）。不對稱的烷氧基/烷硫基支化側鍊修飾極大提升了此類NFA分子在綠色溶劑中和聚合物給體材料PM6的相溶性。端基調控作用表明，與另外兩類材料（BTP-SO-BrF, BTP-SO-1F）相比，基于PM6:BTP-SO-2F的共混膜展現出更緊密的分子間堆積距離、更合适的纖維狀相分離形貌以及更均衡的載流子遷移率。最終，基于PM6:BTP-SO-2F的優化器件，其PCE達到17.6%，明顯高于基于PM6:BTP-SO-BrF和PM6:BTP-SO-1F的器件效率（15.5%和16.2%），這也是目前文獻報道綠色溶劑制備基于不對稱NFA的OSCs的最高效率。這項工作展示了端基工程實現對NFA的形貌調控從而獲得綠色高效OSCs的先進策略。
全文鍊接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894723009099?via%3Dihub
Figure 1. Table of content
Figure 2. (a) Schematic diagram of GSP-OSC devices. (b) The J-V curves of three groups of optimal GSP-OSCs. (c) EQE curves of GSP-OSCs. (d) The plot of PCE versus VOC for representative green non-halogen solvent processed binary OSCs based on symmetric/asymmetric NFA. (e) Photoluminescence quenching spectra of the neat PM6 and three blend films. (f) Jph vs. Veff curves, (g) JSC vs. Plight curves, (h) VOC vs. Plight curves. (i) Histogram of the hole and electron mobilities of PM6:NFA-based devices.
Figure 3. AFM (a) height and (b) phase images (2 μm × 2 μm) of the blend films based on PM6:BTP-SO-BrF, PM6:BTP-SO-1F, and PM6:BTP-SO-2F. 2D GIWAXS patterns of (c) three neat NFA films and (d) three blend films. The corresponding 1D GIWAXS line-cut profiles of the (e) in-plane (in dashed) and (f) out-of-plane (in solid) directions of three blend films. (g) π-π stacking distance and CCL out-of-plane π-π peak of three blend films. (h) Lorentz-corrected RSoXS profiles of three blend films.
