近日，北京化工大学材料学院李韦伟教授团队在国际知名期刊Angewandte Chemie International Edition上发表文章，论文题为“A Pyrene-Fused Dimerized Acceptor for Ternary Organic Solar Cells with 19% Efficiency and High Thermal Stability”。该研究工作开发了一种新型的芘稠合二聚化电子受体DP-BTP，并将其作为第三种组分引入三元有机太阳能电池中，取得了19.07%的光电转换效率和高热稳定性。
近年来，随着材料发展、器件工程以及对载流子动力学的深入理解，有机太阳能电池（OSCs）取得了实质性突破，目前光电转换效率（PCE）已经超过了19%。然而，受体分子的稳定性问题限制了OSCs的进一步发展。传统的二聚化受体分子通过碳碳单键，烷基链等连接，与传统的线性结构的二聚受体不同，这种新型的电子受体通过二胺和4,5,9,10-芘四酮的脱水反应，实现了两个Y-受体与中心核上芘的稠合，表现出独特的“蝴蝶翼”结构。这种独特设计，扩展了分子的π共轭长度，从而增强了电子输运性能并降低了非辐射电压损失。此外，DP-BTP分子表现出较低的溶解度，有利于成膜过程中的结晶和相分离调控。
随后将芘稠合二聚化电子受体DP-BTP作为第三组分应用于三元OSCs（D18:N3:DP-BTP）中，实现了19.07%的光电转换效率。此外，由于合金的形成，使得DP-BTP可以锚定N3分子。而芘稠合二聚电子受体DP-BTP的Tg高达126 ℃，因此其可以抑制N3在薄膜中的迁移，提升器件的热稳定性。在80 ℃持续加热600小时后，基于D18:N3的二元OSC效率下降至初始值的73.7%，而基于D18:N3:DP-BTP的三元OSC仍实现了88.7%的保留率。此外在持续光照600小时后，基于D18:N3的二元OSC效率迅速下降至初始值的64.8%，而基于D18:N3:DP-BTP的三元OSC实现了86.9%的保留率。
该工作第一作者为材料学院硕士研究生刘许聪，博士研究生张洲为文章共同第一作者，王超博士，肖承义博士和李韦伟教授为共同通讯作者，北京化工大学材料科学与工程学院为第一完成单位。该项工作得到了国家自然科学基金委、北京市自然科学基金委等项目的资助。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202316039