Angew. Chem. ：硒功能化电子受体材料的精准合成实现有机光伏的效率突破

有机光伏电池领域近年来蓬勃发展，主要得益于高性能小分子受体材料的不断创新，使得光电转换效率达到19%以上。对于小分子受体材料，最重要的是共轭稠环中心核的结构设计，以实现分子内及分子间相互作用的精细调控。其中，引入硒原子的修饰策略被认为能使材料的吸光范围拓宽和提升电子传输能力，因此获得光电转换效率的提升。但含硒杂环具有合成相对更复杂、稳定性差和存在异构体等问题，很大程度上限制了此类小分子受体材料的发展。

近日，东华大学陈义旺/胡华伟团队以及香港科技大学颜河课题组基于前期共轭侧链(Energy Environ. Sci., 2021, 14, 3469, Adv. Energy Mater. 2021, 2100079, Adv. Energy Mater. 2021, 2102596, Sci. China Chem. 2022, 65, 1758)小分子受体的研究基础上，通过精确控制硒杂环功能化合成了一系列小分子受体，并系统研究了材料的构效关系，实现了基于硒吩的小分子受体材料的效率突破，为高效率光伏材料的设计提供了新的思路。

实验结果表明含硒吩的分子能隙变窄、光谱红移，且斯托克斯位移减小。密度泛函理论计算表明硒吩的引入提高了分子的旋转能垒，因此分子构型更加刚性，有利于在聚集态中的紧密堆积。

这些小分子受体材料在与给体材料PM6共混后的器件性能具有一定的规律：引入硒吩后，开路电压略微降低换来短路电流密度和填充因子的大幅提升。最终，基于mPh4F-TS的器件获得18.05%的光电转换效率，这是目前含硒小分子受体的在二元器件中的最高效率。

薄膜形貌分析指出含硒材料的非共价作用使其具有更小的堆积距离和更大的晶区尺寸，且能形成纤维状互穿网络。另外，硒原子后电荷重组能降低，分子间的电子传输更快速，有利于获得更高的填充因子。

同时，含硒受体分子更刚性，在聚集态中也具有更加规整的排列，因此其能量紊乱度以及辐射/非辐射损耗能得到有效降低，从而降低光伏器件的电压损失。

综上，该文章通过带共轭侧链的含硒小分子受体的精准合成，使其具有了拓宽的吸光范围、减少的电压损失以及更高的结晶性/电子迁移率，揭示了硒杂环和共轭侧链在提升小分子受体材料光伏性能上的巨大作用，为高效有机电子材料的设计提供了一个重要的思路。

论文信息

Precise Control of Selenium Functionalization in Non-Fullerene Acceptors Enabling High-Efficiency Organic Solar Cells

Jianquan Zhang, Siwei Luo, Heng Zhao, Xiaoyun Xu, Xinhui Zou, Ao Shang, Jiaen Liang, Fujin Bai, Yuzhong Chen, Kam Sing Wong, Zaifei Ma, Wei Ma, Huawei Hu, Yiwang Chen, He Yan

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202206930