有机太阳能电池（OSCs）由于其轻、薄、柔等特性受到极大关注。为了最大化OSCs的能量转换效率（PCEs），需要构建具有合适相分离尺度的本体异质结活性层，以兼顾高效的CT态激子解离和纯相中电荷传输。本体异质结成膜动力学本质上取决于给受体材料在溶剂挥发过程中结晶特性，并受到复杂的溶质-溶剂及相同/不同溶质组分间相互作用影响。基于器件工艺，通过热退火、溶剂退火或者固/液体添加剂等方法可以在一定程度上调节结晶过程和活性层形貌。然而这些方法本质上属于外部调控行为，容易受到多种复杂因素的干扰。因此，从分子设计的角度出发，开发新的方法来调控材料本征成膜动力学具有重要意义。

为了调控A-D-A型小分子受体的结晶和相容性，青岛能源所包西昌研究员带领的先进有机功能材料与器件研究组在之前的工作中，首次提出外围功能化的分子策略，即通过在分子柔性侧链远端引入功能基团来调控分子外围空间位阻，实现结晶性和共混性的平衡（Adv. Mater.,2019,31,1807832）。并且分子侧链柔性链段的长度对远端功能基团的空间构型及分子堆积产生显著影响（The Innovation,2021,2,100090）。末端功能基团还可以作为远端共轭“抓手”来螯合相邻的同质或异质分子，实现对结晶动力学及纳米互穿网络的精细调控（Adv. Mater.,2023,35,2305652；Adv. Mater.,2023,35,2208986；Energy Environ. Sci.,2024,17,4216等），这些前期研究提供了一种调节分子间相互作用的可行方法。在此基础上，近期，研究组对Y系列受体材料的外端β-侧链进行末端功能化，设计并合成了具有苯烷基侧链的新型受体BTP-TC4Ph。研究发现，末端功能基团可以分子自组装提供额外驱动力，从而提高分子有序性。并且，具有弱电负性的苯基作为外围共轭基团还可以增强与给体分子的范德华作用，相对于无外围功能化的受体分子BTP-TC6，侧链末端苯基的引入将给受体共混体系的成膜速度提高了6倍，实现了更为均相的异质结结晶及理想的纤维状相分离。因此，基于BTP-TC4Ph光伏器件的激子/电荷行为得到了显著改善，能量转化效率达到19.65%，为二元OSCs的最高性能之一。这些发现为合理控制异质结成膜动力学、进一步提高OSCs的光伏效率提供了指导意义。

该工作近期以“Heterojunction Interactions Modulated Film-Forming Kinetics for 19.65% Efficiency Binary Organic Solar Cells”为题发表在中国化学会旗舰期刊CCS Chemistry。论文第一作者为青岛科技大学青年教师、课题组在职博士后王鹏超；通讯作者为包西昌研究员和李永海副研究员。该工作得到国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会、山东省自然科学基金和山东能源研究院等项目支持。（文/图 李永海、王鹏超）

原文链接：https://pubs.chemsoc.org.cn/doi/10.31635/ccschem.024.202405021