【Angew.Chem.】高分子刷状四聚体受体突破20%效率：兼具稳定性与机械韧性

文章标题：Brush‐Like Tetrameric Acceptors Achieving over 20% Efficiency With Exceptional Stability and Mechanical Robustness
通讯作者：Feng He
文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.4369405

文章概要

引言

有机太阳能电池（OSCs）因其柔性、轻质、可溶液加工和便携性而备受关注。然而，商业化的关键在于同时实现高效率与长期稳定性。传统小分子受体（SMAs）虽能带来超过20%的光电转换效率，但其高扩散系数导致形貌不稳定，限制了器件寿命。为此，研究者提出通过构建寡聚体受体来提升分子尺寸，从而抑制扩散、提高玻璃化转变温度并增强稳定性。然而，常见的端到端连接策略存在合成复杂、产率低、分子堆积不理想等问题。因此，本研究提出了一种高效的“刷状”合成策略，利用二聚体前体扩展侧链并引入额外耦合位点，成功制备了不同分子量的受体：二聚体 diYCl、四聚体 teYCl 和聚合物 pYCl。

主要实验及结论

研究系统考察了分子尺寸对光电性能、稳定性和机械性能的影响。结果显示：

• 光电性能：在准平面异质结（Q-PHJ）结构中，D18/teYCl 器件实现了18.02%的效率，优于 diYCl（16.39%）和 pYCl（15.67%）。进一步将 teYCl 引入三元体系，效率提升至20.19%，创下该类器件的最高纪录。

• 稳定性：D18/teYCl 器件在储存3500小时后仍保持98.3%的初始效率，在65°C下加热1865小时后仍有86.6%的效率，光照下的 T80 寿命达到3000小时，远超其他对照组。其稳定性归因于分子尺寸增大后扩散受限，形貌更为稳定。

• 机械性能：在可拉伸器件中，分子尺寸增大显著提升了韧性。PM6:diYCl 膜的裂纹起始应变为18.1%，而 teYCl 和 pYCl 分别达到27.1%和32.7%。对应的器件在应变下仍能保持80%的初始效率，其中 teYCl 在31%应变下仍具备优异性能，兼顾效率与柔韧性。

总结及展望

本研究通过刷状分子设计策略，成功合成了高分子量的寡聚体与聚合物受体，并系统揭示了分子尺寸调控对效率、稳定性和机械性能的协同提升作用。其中，四聚体 teYCl 在效率、稳定性与柔韧性之间实现了最佳平衡，展现出极具应用前景的综合性能。该策略不仅简化了合成流程、提高了产率，还为未来开发高性能、耐久且可拉伸的受体材料提供了新思路。随着分子结构的进一步优化，这一方法有望推动有机太阳能电池在商业化与可穿戴能源应用中的广泛落地。