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分子構(gòu)型在決定有機(jī)半導(dǎo)體材料的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。但是，對(duì)于應(yīng)用于有機(jī)太陽(yáng)能電池的A-DA'D-A型小分子受體（SMA），其構(gòu)效關(guān)系的系統(tǒng)研究仍較為匱乏。中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所李永舫課題組聯(lián)合上海交通大學(xué)劉烽課題組，以二氯苯作為A'吸電子單元，突破了傳統(tǒng)A'單元因稠合結(jié)構(gòu)帶來(lái)的構(gòu)型限制，設(shè)計(jì)并合成了四種幾何構(gòu)型（C形、?形、M形和S形）的苯并二吡咯型小分子受體即C-Cl46-Cl、?-Cl46-Cl、M-Cl46-Cl、S-Cl46-Cl，并剖析了分子構(gòu)型對(duì)其光伏性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，分子構(gòu)型從三方面影響分子的物理化學(xué)性質(zhì)和光伏性能：一是本征理化性質(zhì)，包括能級(jí)分布、吸收光譜、重組能；二是分子堆積模式，影響激子擴(kuò)散與電荷傳輸過(guò)程；三是給體-受體相互作用及相容性，決定活性層薄膜的形貌。研究顯示，C形構(gòu)型的SMA材料展現(xiàn)出更為理想的能級(jí)與吸收范圍、更緊密有序的分子堆積模式以及更優(yōu)的給體-受體相互作用和相容性，使得基于D18:C-Cl46-Cl的二元有機(jī)太陽(yáng)能電池器件實(shí)現(xiàn)了19.94%的能量轉(zhuǎn)換效率（經(jīng)權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證效率為19.54%），達(dá)到當(dāng)前二元有機(jī)太陽(yáng)能電池的先進(jìn)水平。相比之下，其余構(gòu)型的SMA在性能表現(xiàn)上存在短板。例如，?形SMA吸收能力受限，M形SMA具有較大的重組能與松散的堆積模式，S形SMA則表現(xiàn)出較低的溶解度和過(guò)強(qiáng)的聚集性，限制了器件性能提升。上述研究揭示了A-DA'D-A型小分子受體的“構(gòu)型-性能”關(guān)系，為未來(lái)高性能有機(jī)光伏材料的分子設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)和參考依據(jù)。相關(guān)研究成果以Molecular Geometry-Property Relationship of Benzodipyrrole-Based A-DA'D-A Type Acceptors for High-Performance Organic Solar Cells為題，發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金等的支持。論文鏈接A-DA'D-A型小分子受體的構(gòu)型對(duì)光伏性能的影響