與基于小分子受體的聚合物太陽能電池相比，采用聚合物受體制備的全聚合物太陽能電池具有更優(yōu)異的光/熱穩(wěn)定性和機械柔韌性，在柔性可穿戴電子器件領域更具應用潛力。開發(fā)高性能聚合物受體材料是實現(xiàn)高效全聚合物太陽能電池的關鍵。目前高性能（PCE>15%）聚合物受體所采用的小分子受體單元僅局限于ADA′DA-型的Y6衍生物，開發(fā)基于ADA-型小分子受體單元的高性能聚合物受體材料仍面臨挑戰(zhàn)。

近來，中國科學院福建物質結構研究所馬云龍團隊與南京大學鄭慶東教授團隊合作，設計并合成了兩個分子構型分別為直線形和香蕉形的ADA-型小分子受體（MS-2FBr和MW-2FBr），并將它們作為主要構建單元制備了兩個結構規(guī)整的窄帶隙聚合物受體材料（PW-Se和PS-Se）。與基于香蕉形小分子受體的PS-Se相比，基于線形小分子受體的PW-Se展現(xiàn)出更平整的分子骨架，從而產生了更高的消光系數(shù)、更紅移的吸收光譜和更緊密有序的分子堆積。因此，采用PW-Se制備的電池器件可以實現(xiàn)15.65%的光電轉換效率（PCE），遠高于PS-Se的電池器件（PCE=8.90%）?？紤]到PW-Se較窄的光學帶隙（Eg=1.31 eV），他們進一步將PW-Se作為第三組分光伏材料引入到PM6:M36二元體系中，所制備的三元器件獲得了18%的PCE，是目前基于ADA型稠環(huán)電子受體太陽能電池的最高值。該工作不僅為高性能聚合物受體材料的分子設計提供了新見解，同時也為制備高效穩(wěn)定的聚合物太陽能電池提供了新的材料選擇。相關結果近期以《Polymerizing M-Series Acceptors for Efficient Polymer Solar Cells: Effect of the Molecular Shape》為題發(fā)表于《Advanced Materials》（Adv. Mater. 2024,2314169），中國科學院福建物構所-福州大學聯(lián)培碩士生朱宇航為本文第一作者。該工作得到國家自然科學基金、中國科學院海西研究院“前瞻跨越”杰出青年項目和中國科學院青促會項目的支持。

PW-Se的分子結構及其最優(yōu)三元器件的J-V曲線

此前，鄭慶東&馬云龍團隊已在ADA型稠環(huán)電子受體材料的結構設計、分子堆積結構調控以及光伏器件制備方面取得了系列重要進展。團隊成功發(fā)展一類高性能M系列電子受體材料（Angew. Chem. Int. Ed.,2020,59,21627）；并提出利用“鄰位側鏈”來抑制稠環(huán)分子過度聚集的策略（Aggregate,2023,4,e322）；通過調控分子間相互作用（Natl. Sci. Rev.,2020,7,1886）和分子取向（Joule,2021,5,197）來提高受體材料沿器件縱向的電荷傳輸性能，成功將“M系列”受體材料的光電轉換效率提高到17%以上（Nano Energy,2023,107,108116），以上工作為高性能電子受體材料的分子設計提供新思路，同時為高效光伏器件的制備提供新的材料選擇。