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  有機太陽電池由p-型有機半導體（p-OS）給體和n-型有機半導體（n-OS）受體共混活性層夾在透明導電電極和金屬電極之間所組成，具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、成本低以及可采用溶液加工方法制備成柔性和半透明器件等優(yōu)點，成為了近年來新能源研究領域的研究熱點。其中p-OS給體光伏材料包括共軛聚合物和有機小分子兩類材料。與聚合物相比，小分子材料具有確定的分子結(jié)構(gòu)、無合成批次差別、易提純等優(yōu)點，因此有機小分子給體光伏材料也引起了人們的廣泛關注。全小分子非富勒烯有機太陽能電池使用p-OS小分子給體和n-OS小分子受體，同時具有小分子給體材料和非富勒烯小分子受體材料的優(yōu)點，最近成為有機太陽能電池領域的一個重要研究方向。 

  在中科院先導項目的支持下，中科院化學所有機固體院重點實驗室李永舫院士課題組研究人員最近在p-OS小分子給體材料和全小分子非富勒烯有機太陽電池的研究中取得系列研究進展，使全小分子有機太陽電池的能量轉(zhuǎn)換效率突破了10%。

  p-OS小分子給體材料多采用A-π-D-π-A型（其中D代表給體結(jié)構(gòu)單元、A代表受體結(jié)構(gòu)單元）線性分子結(jié)構(gòu)。他們首先在其開發(fā)的用于非富勒烯聚合物太陽電池的J-系列高效聚合物給體光伏材料的基礎上，將J-系列聚合物小分子化，合成了基于苯并二噻吩（BDT）為給體單元、氟取代三氮唑（FBTA）為受體單元、氰基乙酸酯為末端受體單元的p-OS小分子H11和H12（分子結(jié)構(gòu)見圖1）。以H11為給體、n-OS小分子IDIC為受體的全小分子有機太陽電池開路電壓（Voc）達到0.977V，能量轉(zhuǎn)換效率（下面簡稱效率）達到9.73%（J.Am.Chem.Soc.2017,139,5085-5094.）。

  n-OS小分子受體材料具有各向異性的共軛骨架的特點，因而優(yōu)化p-OS的分子結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)全小分子活性層的形貌以形成良好的給體-受體納米尺度相分離的互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，是提高全小分子有機太陽電池光伏性能的重要手段。他們以BDT為中心給體單元、將寡聚噻吩結(jié)構(gòu)引入p-OS分子結(jié)構(gòu)中，合成了兩個p-OS分子SM1和SM2（分子結(jié)構(gòu)見圖1）�；赟M1:IDIC的全小分子有機太陽電池的效率達到10.11%（Chem Mater. 2017,29,7543–7553.），這是全小分子非富勒烯有機太陽電池效率首次突破10%。 

  在基于噻吩取代BDT的二維共軛聚合物中，硅烷基側(cè)鏈可以有效地降低聚合物的HOMO能級，增強吸收和提高空穴遷移率。為了進一步提升全小分子有機太陽電池的光伏性能，他們最近又將硅烷基噻吩為側(cè)鏈的二維BDT單元引入到p-OS小分子給體材料中，合成了兩個新的p-OS小分子給體光伏材料H21和H22（分子結(jié)構(gòu)見圖1），并研究了不同末端受體單元對材料物理化學性質(zhì)及其光伏性能的影響。基于H22：IDIC的全小分子有機太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率進一步提升到10.29%。這一結(jié)果最近發(fā)表在Adv.Mater.,2018,30, 1706361.上。

  論文鏈接：

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.6b12826

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.7b02536

  https://doi.org/10.1002/adma.201706361