有机太阳能电池因其轻质、柔性和可溶液加工等独特优势，在便携式电子设备和建筑一体化光伏等领域展现出巨大潜力。近年来，非富勒烯受体的发展为提升有机太阳能电池性能提供了重要机遇。这一进步主要归功于非富勒烯受体优异的光电性能，能够高效地吸收太阳光并以极小的驱动力实现电荷的生成，同时抑制非辐射复合。然而，有机太阳能电池仍面临较大的开压损失、光子利用效率不足以及载流子迁移率较低等问题。因此，发展新型非富勒烯受体以突破发展瓶颈及提升器件性能具有重要意义。

在国家自然科学基金委、科技部、中国科学院和北京分子科学国家研究中心的支持下，化学所有机固体实验室朱晓张课题组致力于发展高效非富勒烯受体材料，前期通过在受体主核中引入喹喔啉单元，报道了一种可实现低能量损失的喹喔啉基非富勒烯受体材料（Sci. Bull.2019,64, 1144；Adv. Mater.2020,32, 1906324）。

近期，该团队在前期工作基础上，通过主核功能化设计成功发展出系列高效喹喔啉基非富勒烯受体材料，在二元和三元有机太阳能电池中取得了重要进展（Adv. Mater.2023,35, 2300363；Joule2024,8, 835；Energy Environ. Sci.2024,17, 4944；Adv. Mater.2025, DOI: 10.1002/adma.202500282），为开发具有低能量损失和整体性能提升的高效率光伏技术奠定了基础。其中，基于π扩展喹喔啉主核单元的多功能位点，通过协同异构化和溴化策略，设计并合成了异构非富勒烯受体AQx-21和AQx-22。主核溴化的异构化效应显著影响了分子的内在特性，包括静电势、极化率、介电常数、激子束缚能、结晶性和与给体材料的混溶性，从而改善了分子堆积和体异质结形貌。最终，AQx-22基二元有机太阳能电池实现了19.5%的优异能量转换效率，高开路电压（0.970 V）和低能量损失（0.476 eV）。相关研究成果近日发表于Advanced Materials期刊（Adv. Mater.2025,37, 2413376），第一作者为化学所博士研究生刘柯蕊，通讯作者是朱晓张研究员。

受体主核溴化的异构化效应实现低能量损失的高性能有机太阳能电池

有机固体实验室

2025年3月10日