优化有机光伏（OPV）材料的分子结构是提高功率转换效率（PCE）的最有效方法之一。对于具有特定共轭骨架的出色分子结构，微调烷基链对于充分开发其光伏潜力具有重要意义。近日，中科院化学研究所侯剑辉，姚惠峰等人对BTP-4Cl-BO（Y6衍生物）的氯化非富勒烯受体（NFA）进行烷基链的优化，结果在OPV电池中获得了非常令人印象深刻的光伏参数。为了获得更多有序的分子间堆积，在BTP-eC11的边缘将正十一烷基缩短为正壬基和n庚基，由此合成了BTP-eC9和BTP-eC7的NFA。基于BTP-eC9的单结OPV电池记录的最大PCE为17.8％，认证值为17.3％。该研究表明，最小化烷基链以获得合适的溶解度和增强的分子间堆积具有进一步改善其光电性能的巨大潜力。

文章要点：

1）作者对Y6进行了三步修改。首先，用氯原子取代了末端吸电子单元上的氟原子以制备BTP-4Cl。结果表明，在扩展光吸收方面，氯化比氟化更有效。为了提高BTP-4Cl的可加工性，研究人员随后延长了吡咯环上EH的烷基链为2-丁二烯丙基（BO）和2-己基癸基（HD）。结果，BTP-4Cl-BO和BO链获得了最佳的光伏性能。通过逐渐减少BTP-4Cl-BO边缘上的碳原子数来执行第三步修改以很好地平衡可加工性和设备效率之间的关系。

2）作者将C11替换为C9，然后替换为C7，由此合成了BTP-eC9和BTP-eC7。这些NFA的合成步骤非常相似，区别仅在于所选的烷基溴。核磁共振和质谱表征用于确认NFA的化学结构。通过简单的溶解度测试，研究人员发现这些NFA的溶解度存在明显差异。BTP-eC11和BTP-eC9可以在40°C下以15 mg mL^-1的浓度完全溶解在普通氯苯（CB）和氯仿（CF）中。同时，BTP-eC11也可以完全溶于邻二甲苯（o-xy）。但是，BTP-eC7在相同浓度的普通溶液中显示出非常有限的溶解度，需要高温（超过80°C）的CB使其溶解。

3）BTP-eC9保持良好的溶解性，同时具有增强的分子间有序性。基于出色的形态特征，BTP-eC9的设备中的电荷传输得到了有效改善并抑制了电荷重组。结果，设计的OPV电池获得了17.8％的出色PCE（17.4±0.2％，认证值为17.3％），这是目前OPV电池中最高的PCE结果之一。而对于BTP-eC7，由于在混合物中的溶解度低且聚集过多，从而损害了器件的光伏效率。

总而言之，用优异的共轭主链巧妙地优化OPV材料的化学结构对于充分探索其光伏性能具有重要意义。同时，通过合理的设备工程（例如采用供体或受体的多次混合，控制混合形态以及选择有效的中间层），可以实现PCE的进一步改善。

Cui, Y., et al, Single‐Junction Organic Photovoltaic Cells with Approaching 18% Efficiency. Adv. Mater. 2020, 

DOI：10.1002/adma.201908205

https://doi.org/10.1002/adma.201908205