在非富勒烯有机太阳能电池（OSCs）中，稠环非富勒烯受体端基π-π堆积引起的长程结构有序化被认为是实现OSCs高效电荷传输和高功率转换效率的关键因素。

近日，北京航空航天大学孙艳明教授，上海交通大学刘烽教授，德国埃尔朗根-纽伦堡大学Ning Li报道了设计并合成了三种分子骨架相同、但通过侧链修饰而表现出不同堆积特性的稠环非富勒烯小分子受体（NFAs），分别为IDTT-C6-TIC、IDTT-C8-TIC和IDTT-C10-TIC（命名为IDTT-CX-TIC）。研究人员利用该系列材料进行系统的化学结构修饰来研究分子堆积行为的能力。

文章要点

1）研究发现，侧链长度的变化导致脂肪链相互作用的精细控制，甚至在复杂的BHJ共混物中也是如此，这为主链π-π的重组打开了更广阔的框架，从而导致了不同的固态性质。通过合理改变侧链的长度，可以实现从强π-π堆积模式到混合堆积模式，再到非堆积模式。与人们目前的理解不同，研究发现在非堆积模式下的紧密原子接触可以通过近侧原子相互作用实现有效的载流子跳跃输运。

2）实验结果显示，与依赖经典端基π-π堆积形成的主要传输通道的OSCs相比，没有端基π-π堆积的OSCs的光子吸收效率提高了12.7%，降低了非辐射复合损耗，这是先前有机光伏领域研究所没有发现的。更重要的是，基于分子和晶体工程，研究人员能够将两个固态填充基序结合在一起形成BHJ混合物，从而获得13.7%的PCE，超过了单模相互作用所具有的功能。

研究结果对于新型有机半导体材料的设计具有至关重要的意义，同时，通过详细的晶体结构控制可以实现其更好的性能。

Ye, L., Weng, K., Xu, J. et al. Unraveling the influence of non-fullerene acceptor molecular packing on photovoltaic performance of organic solar cells. Nat Commun 11, 6005 (2020)

DOI：10.1038/s41467-020-19853-z

https://doi.org/10.1038/s41467-020-19853-z