近日，北京理工大学化学与化工学院王金亮教授与安桥石特别研究员课题组在国际顶级期刊ACS Energy Letters（IF:23.9）发表题目为“Controlling Morphology and Voltage Loss with Ternary Strategy Triggers Efficient All-Small-Molecule Organic Solar Cells”的研究论文。北京理工大学为第一通讯单位，北京理工大学安桥石特别研究员、王金亮教授和北京交通大学张福俊教授为共同通讯作者，硕士研究生蒋梦云为第一作者。
开发和利用高效清洁能源是国家能源战略中亟需解决的重大科学问题，也是我国实现“双碳”目标的重要举措。有机太阳能电池（OSCs）是一种有潜力的绿色光电转换技术，它的独特优势为其商业化应用提供了广阔空间。由于小分子材料具有明确的分子结构、批次间稳定性好、易制备和纯化等优势，全小分子OSCs（ASM-OSCs）具有商业化生产的巨大潜力。但ASM-OSCs有源层形貌难以调控，电压损失较高，其效率仍落后于其他类型OSCs。

在本项研究中，研究者采用了新兴小分子受体L8-BO作为第三组分，掺入到主体系B1:BO-4Cl中。理论计算、形貌表征、晶体学研究表明，结构相似的双受体L8-BO和BO-4Cl间具有良好的兼容性，更倾向于形成“类合金态”，有助于调控有源层内给受体的相分离和分子堆积，提高激子的利用率。其次，由于L8-BO相较于主体系中受体BO-4Cl具有较高的LUMO能级，因此“类合金”的形成也有助于降低器件的电压损失。通过改变第三组分在受体中的含量，不仅可以改善有源层的形貌，还可以平衡器件的短路电流密度和电压损失。当L8-BO在受体中的含量为20%时，器件效率达到17.10%，为该类器件的最高效率值之一。文章首次提出培养晶体的方法证明两种分子的兼容性，并阐明三元策略是一种有效同步改善ASM-OSCs能量损失和有源层形貌的方法。
本研究得到了国家自然科学基金，北京市自然科学基金和北京理工大学青年教师学术启动计划等项目的资助及北京理工大学分析测试中心的支持。
文章链接：https://doi.org/10.1021/acsenergylett.2c02348