文章导读
全小分子有机太阳能电池虽具纯化优势，却因形貌难控而在效率与稳定性上长期落后于聚合物体系。武汉大学闵杰团队如何突破单一客体掺杂的效率瓶颈？他们创新提出混合异构体策略，通过物理共混两种端基溴取代位置不同的受体，成功构建出四元活性层体系。该方案不仅将器件效率推高至19%，更实现了惊人的膜厚不敏感特性：在300纳米厚膜下仍保持17.05%效率，且经120摄氏度高温老化200小时后效率维持超85%。面对商业化对厚膜工艺与热稳定性的严苛要求，这一兼具高效与耐久的新路径能否成为打破产业僵局的关键钥匙？
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（通讯员高妍）近日，《先进材料》（Advanced Materials）以研究性论文（Research Article）的形式在线发表了武汉大学高等研究院教授闵杰团队的最新研究成果。论文题为“Mixed-Isomers Strategy for Thermally Stable and High-Performance Thick-Film All-Small-Molecule Organic Solar Cells”。高等研究院博士研究生高远为第一作者，博士后杨欣荣、特聘副研究员孙瑞和闵杰为通讯作者，武汉大学高等研究院为唯一通讯单位。
作为有机太阳能电池领域的重要分支，全小分子有机太阳能电池(all-SMOSCs)因其活性层材料化学结构明确、易于纯化、无批次间差异等优势，展现出巨大的应用潜力。尽管如此，由于活性层给受体材料的过度混溶性以及强结晶性等问题导致其形貌难以调控，因此该类型材料体系在效率、稳定性以及膜厚耐受性等方面长期远落后于聚合物太阳能电池(PSCs)。此前，团队已通过引入非对称小分子受体(Adv. Mater.2023, 35, 2300531;Joule, 2023,7, 2845–2858)或氯化小分子给体(Energy & Environmental Science2025,18,7302-7312)的客体策略将all-SMOSCs提升至18%以上，并一定程度上改善了活性层形貌光热稳定性及其膜厚耐受性。
鉴于前期工作中引入单一的客体组分对于all-SMOSCs的效率提升是有限的，为了进一步提升all-SMOSCs的器件效率，团队合成了两个端基上溴取代位置不同的异构体受体（BTP-Br-γ和BTP-Br-δ），并提出了混合异构体客体掺杂策略（两个异构体最优比例物理共混），混合异构体的引入不仅使得活性层形成连续的互穿网络，而且改善了其结晶度。由此构建的四元全小分子体系其器件效率高达19%，并展现出效率与稳定性对活性层厚度不敏感的特性。具体而言，当活性层厚度达到300 nm时，四元器件仍然可以实现17.05%的效率，且在120 ℃的条件下加热老化200小时后，厚膜器件效率仍能维持在初始值的85%以上。这种膜厚不敏感的特性证明了该四元体系在有机太阳能电池应用中的潜力。
该研究得到了国家自然科学基金、湖北省自然科学基金及中央高校基本科研业务费的资助，并获得武汉大学科研公共服务共享平台的支持。
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