我們生活日常離不開太陽，不僅可以促進(jìn)植物生長，還能為人類供應(yīng)能源，在光伏能源方面更是極大力度有效的利用太陽能。眾所周知，有機(jī)太陽源電池更是作為新一代太陽能電池技術(shù)的發(fā)展方向，并備受大家的廣泛關(guān)注。本文帶著各位全面解析能源之全小分子有機(jī)太陽能電池。

目前制備高效有機(jī)太陽能電池的主流策略是使用聚合物給體和非富勒烯受體材料構(gòu)建活性層。但聚合物材料在制備過程中通常存在分子量和分散度難以精確控制、難提純、材料的批次穩(wěn)定性差等問題，相應(yīng)制備的有機(jī)太陽能電池效率的重復(fù)性降低，不利于大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。

而有機(jī)小分子的分子量確定，可以精確合成，易于提純，批次穩(wěn)定性好，有利于大規(guī)模制備。因此，全小分子有機(jī)太陽能電池具有較高的商業(yè)化應(yīng)用潛力。但由于全小分子電池給體和受體都為小分子結(jié)構(gòu)，使得其難以形成像聚合物薄膜那樣較為理想的雙持續(xù)互穿網(wǎng)絡(luò)形貌。

過強(qiáng)的給體結(jié)晶會使給體與受體嚴(yán)重共混，而太弱則不利于給體分子間緊密的π-π堆積，從而降低電荷傳輸。所以全小分子電池中難以調(diào)控的相形貌，致使其光電轉(zhuǎn)化效率一直處于較低水平。

近期，我國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所葛子義團(tuán)隊報道了一種具有13.34%光電轉(zhuǎn)化效率的非富勒烯全小分子有機(jī)太陽能電池，這是目前已報道的全小分子有機(jī)太陽能電池的最高效率之一。

研究發(fā)現(xiàn)使用雙氟原子修飾基于苯并二噻吩(BDT)單元的小分子給體的側(cè)基，能有效提升器件電壓，降低分子結(jié)晶性，改善相分離形貌;同時氟原子的引入能促使分子間更緊密的π-π堆積，從而使器件的效率獲得顯著提升。

該研究進(jìn)一步系統(tǒng)分析了不同取代位置和個數(shù)的氟化關(guān)于器件性能和分子堆積的影響，發(fā)現(xiàn)單氟取代對小分子的π-π堆積影響較小，并且其重要通過降低分子的HOMO能級來提升器件性能。

而BDT連接的上下噻吩側(cè)基的雙氟化，則有利于形成F-H的非價鍵力用途，分子扭轉(zhuǎn)角最小，最利于材料的共軛平面堆積，進(jìn)而得到最高的光電轉(zhuǎn)化效率。

相關(guān)成果以13.34%EfficiencyNon-fullereneAll-Small-MoleculeOrganicSolarCellsEnabledbyModulatingtheCrystallinityofDonorsviaaFluorinationStrategy為題發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》雜志上。目前太陽能還未能更好被人類利用，要科研人員不斷努力，研究出更高效地產(chǎn)品，這樣才能保證我們?nèi)祟惖哪茉磯蛉祟惏l(fā)展所需。