近日，北京化工大学软物质科学与工程高精尖创新中心谭占鳌教授课题组与中国科学院化学研究所侯剑辉课题组合作，在《Advanced Functional Materials》期刊上发表了题为“Quadrupole Moment Induced Morphology Control Via a Highly Volatile Small Molecule in Efficient Organic Solar Cells”的研究论文，设计了一种全新的具有高挥发性和强四极矩的小分子材料，实现了非富勒烯有机光伏活性层形貌的精细调控，获得了突出的光伏性能。

精细调控有机太阳能电池活性层微观形貌是提高其光伏性能的重要途径。但目前普遍使用的液体辅助形貌调控方法一直面临着用量敏感、加工条件严苛以及残留所导致的形貌退化等问题，严重降低器件稳定性和重现性。近年来，固体添加剂由于其具有优异的结构可调性和可加工性，具有应用潜力的形貌调控方法。与球状富勒烯衍生物相比，具有共轭骨架和强拉电子端基的非富勒烯受体表现出各向异性的化学结构，且在薄膜状态下具有与富勒烯受体截然不同的聚集特征，这为固体添加剂的设计与应用提出了特殊的要求。在新性固体添加剂的分子设计中，如何权衡添加剂与活性层的分子间相互作用以及挥发性是一项固体添加剂设计中的重要挑战，仍需要深入理解挥发性固体添加剂的工作机制。

图1. 固体添加剂对活性层形貌、吸收光谱以及光伏性能的作用。

本研究设计了一种具有高挥发性和强四极矩的小分子材料，2,2′-(全氟-1,4-苯)二噻吩(DTBF)作为固体添加剂精细调控OSC活性层形貌。理论模拟揭示了DTBF及其类似物的电荷分布及其与活性层材料的非共价相互作用。得益于分子间更强的电荷-四极矩相互作用，DTBF的引入和挥发有效地诱导活性层分子的紧密有序的分子堆积，从而增强了其光电性能。因此，以DTBF处理的器件获得了超过17%的高效率。而DTBF在不同活性层系统中的进一步应用加深对这类添加剂工作机制的理解。

图2. DTBF在其他活性层体系中的应用以及作用机理研究。

该工作的第一作者为北京化工大学于润楠副教授；谭占鳌教授和侯剑辉研究员为共同通讯作者。北京化工大学软物质科学与工程高精尖创新中心为第一通讯单位。本研究工作得到了国家自然科学基金项目的资助。

文章信息：Adv. Funct. Mater.，2021，DOI: 10.1002/adfm.202010535

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202010535