近日，材料学院于润楠副教授与软物质高精尖中心谭占鳌教授，以及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，报道了他们在有机光伏形貌调控方面取得的新进展。

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之一。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。固体添加剂具有优异的结构可调性和可加工性，是十分具有应用潜力的形貌调控手段。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并在薄膜状态下具有与富勒烯受体截然不同的聚集特征，为固体添加剂的设计与应用提出了特殊的要求。在前期的研究中，该团队基于高效非富勒烯体系设计并应用了多种性能优异的挥发性固体添加剂（Nat. Commun. 2018, 9(1), 4645；Adv. Mater. 2019, 31(18), 1900477；J Mater. Chem. C 2020, 8(1), 44-49），成功调控了活性层的微观形貌以提高器件性能。而在新型挥发性固体添加剂的设计中，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重要的挑战，仍需要深入理解挥发性固体添加剂的工作机制。

本研究设计了一类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活性层形貌。得益于添加剂与活性层分子间较强的电荷-四极矩相互作用，添加剂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在不同活性层体系中的进一步应用加深对这类添加剂工作机制的理解。该研究强调了一种通过分子设计策略调控固体添加剂挥发性和四极矩以优化有机光伏活性层形貌和光伏性能的有效手段。

于润楠副教授为本文第一作者；软物质高精尖中心谭占鳌教授和中科院化学所侯剑辉研究员为共同通讯作者。北京化工大学为第一完成单位。

文献信息：Runnan Yu, Huifeng Yao, Ye Xu, Jiayao Li, Ling Hong, Tao Zhang, Yong Cui, Zhongxiang Peng, Mengyuan Gao, Long Ye, Zhan'ao Tan, and Jianhui Hou. Quadrupole Moment Induced Morphology Control Via a Highly Volatile Small Molecule in Efficient Organic Solar Cells. Advanced Functional Materials 2021: 2010535.

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