近日，《焦耳》（Joule，影响因子：39.8）以研究性论文（Research Article）的形式在线发表了高等研究院闵杰/孙瑞团队通过类合金受体相的构筑和调控，在高性能全小分子有机太阳能电池取得的新进展。

论文题为“All-Small-Molecule Organic Solar Cells with 18.1% Efficiency and Enhanced StabilityEnabled by Improving Light Harvesting and Nanoscale Microstructure”(通过改善光吸收与纳米微观结构实现全小分子有机太阳能电池效率与稳定性协同提升)，高等研究院博士研究生高远和杨欣荣为论文共同第一作者，闵杰教授与孙瑞副研究员为论文通讯作者。武汉大学高等研究院为第一署名/唯一通讯单位。

有机太阳能电池因具有可溶液加工、质轻、柔性、价廉以及半透明等特点，在物联网、可穿戴器件、光伏建筑一体化等领域展现出巨大的应用潜力。研究人员多年来致力于高性能给受体材料设计、活性层形貌优化、器件工艺改进，使得实验室制备的聚合物太阳能电池效率已经超过了19%。与聚合物太阳能电池相比，全小分子有机太阳能电池(all-SMOSCs)因其活性层材料分子结构明确、易于纯化、批次间差异小等优势，近年来备受关注并获得广泛研究。然而，由于小分子的共轭长度有限、结晶速度快以及给受体间的混溶性等问题使得其活性层形貌很难获得良好的互穿网络以及合适的相尺寸，导致all-SMOSCs的器件效率远落后于聚合物体系。除此之外，由于all-SMOSCs具有较低的相转变温度(Tg)，在光或热的应力作用下更容易发生聚集形成过大尺寸的给体或受体相，导致其运行稳定性与基于聚合物的活性层体系存在着较大的差距，因此极大地限制了all-SMOSCs进一步发展以及商业化应用。

针对上述关键科学问题，闵杰/孙瑞团队基于前期非对称小分子受体的研究(Adv. Mater.2022, 34, 2110147;Adv. Mater.2023, 35, 2300531),合成了相较主体系受体材料L8-BO带隙更窄、结晶性更强的小分子受体材料L8-S9,发现该受体分子与主体系在光谱上具有良好的互补性，将其作为客体材料引入到主体系MPhS-C2:L8-BO中，有效拓宽了光学吸收范围。进一步对主客体之间的相容性、表面能以及结晶度综合研究发现，客体分子的引入还使主体系的结晶性得到了增强，促进了垂直方向空穴和电子的传输，并且客体分子与主体分子具有良好的互容性，渗透到了主受体相内部，形成了主/客体类合金相，有效地改善分子堆积，提升电荷传输，抑制电荷复合损失，获得了18.1%的光电转换效率，是迄今为止全小分子活性层体系文献报道的最高器件效率之一。

更重要的是，该体系的稳定性研究也取得了令人鼓舞的实验结果。通过类合金受体相的精细调控和构筑，提升了受体相的Tg，起到固化活性层微观结构的作用，有利于抑制外界应力作用下小分子发生分层及迁移而引起的形貌演变，从而延缓了器件性能的衰减。运行稳定性得到了显著提升，T80寿命值可长达近1000小时。总而言之，该研究为高效稳定全小分子太阳能电池的开发提出了简单可行的新策略，缩小了与聚合物太阳能电池之间的效率及稳定性上的差距，使all-SMOSCs展现出更大的商业化潜力。

该研究得到了国家自然科学基金委、中央高校基本科研业务费和武汉大学科研公共服务条件平台的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.joule.2022.12.007