近期，中国科学院宁波材料技术与工程研究所有机光电材料与器件团队在葛子义研究员的带领下在前期高效率和柔性有机太阳能电池研究的基础上（Nature Photonics, 2015, 9, 520; Joule, 2021, 5, 2395; Advanced Materials, 2019, 31, 201902210; Advanced Materials, 2022, 34, 2202752; Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 2808.）, 在高效率有机太阳能领域又取得了新进展。该团队设计并成功合成了一对以二噻吩并吩嗪为中心核的非富勒烯受体客体，将其引入D18:N3体系中获得了刚性19.33%和柔性18.01%的能量转换效率。这是目前公开报道的有机太阳能电池的最高效率之一。
在该工作中，科研人员基于前期对喹喔啉核的系统研究（ACS Energy Letters, 2022, 7, 3432）, 进一步将喹喔啉核上噻吩环稠合，在保持高开压的同时，拓展了受体分子的共轭平面，精确调控了噻吩环上S原子的分子取向制备了一对异构化的新型非富勒烯受体QX-α和QX-γ，并深入探究了该异构体本征的性质以及对器件光伏性能的影响。其中，QX-α中S...N非共价相互作用的存在带来了更大的偶极矩、更有序的堆积以及更高的表面能。在D18:N3体系中进行掺杂时，基于QX-α的器件获得了刚性19.33%的效率，而基于QX-γ的器件并没有明显提升（18.30%）。进一步表征表明，D18:N3:QX-α器件效率的提升主要得益于更平衡的电子\空穴迁移率、更高效的电荷收集以及较低的能量损失。值得注意的是，在稳定性的研究中表明大共轭客体的引入显著提升了器件的热稳定性：在手套箱无封装85℃加热476 h保持初始效率的87%（标件仅为49%），如图所示。同时，基于PET/Ag grids的柔性器件能量转换效率达18.01%，这是目前柔性有机太阳能电池的最高效率。
该工作以“Isomerization Strategy on Non-fullerene Guest Acceptor Enables Stable Organic Solar Cells over 19% Efficiency”为题发表在国际顶级期刊Energy & Environmental Science上（IF=39.741，DOI: https://doi.org/10.1039/D3EE01164J，论文链接: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/ee/d3ee01164j），宁波材料所博士研究生陈振宇为本文第一作者，宁波材料所葛子义研究员、杨道宾副研究员和宋伟为本文的通讯作者。
该研究得到了国家****科学基金（21925506）、国家自然科学基金联合基金（21925506）、宁波市科技创新2025重大专项（2018B10055）、浙江省自然科学基金（LQ22E030013）等的项目的支持。
N3、QX-α和QX-γ的化学结构式（a）； D18、N3、QX-α和QX-γ单组份薄膜的吸收（b）和能级（c）；刚性器件的J-V曲线（d）；标件与掺杂后三元器件的热稳定性对比（e）
（新能源所 陈振宇）
