近期，中国科学院宁波材料技术与工程研究所葛子义团队报道了一种具有13.34%光电转化效率的非富勒烯全小分子有机太阳能电池，这是目前已报道的全小分子有机太阳能电池的最高效率之一。研究发现使用双氟原子修饰基于苯并二噻吩（BDT）单元的小分子给体的侧基，能有效提升器件电压，降低分子结晶性，改善相分离形貌；同时氟原子的引入能促使分子间更紧密的π-π堆积，从而使器件的效率获得显著提升。该研究进一步系统分析了不同取代位置和个数的氟化对于器件性能和分子堆积的影响，发现单氟取代对小分子的π-π堆积影响较小，并且其主要通过降低分子的HOMO能级来提升器件性能。而BDT连接的上下噻吩侧基的双氟化，则有利于形成F-H的非价键力作用，分子扭转角最小，最利于材料的共轭平面堆积，进而得到最高的光电转化效率。相关成果以13.34% Efficiency Non-fullerene All-Small-Molecule Organic Solar Cells Enabled by Modulating the Crystallinity of Donors via a Fluorination Strategy 为题发表在《德国应用化学》杂志上（Angewandte Chemie International Edition，DOI：10.1002/anie.201910297）。

该研究得到国家杰出青年科学基金（21925506）、国家重点研发计划（2017YFE0106000）、壳牌合作项目（No. PT78950）和浙江省自然科学基金（LR16B040002）等的支持。

图1 a) 全小分子电池器件结构；b) 小分子给体和受体的化学结构

图2 a)器件J-V曲线；b) 全小分子电池效率统计分布图；c) 器件的EQE曲线

来源：中国科学院宁波材料技术与工程研究所