有机光伏（OPV）电池以其能够通过低成本溶液加工工艺制备大面积器件的独特优势，受到了广泛关注。近年来，得益于新材料的不断开发，OPV电池的能量转换效率（PCE）已经突破了20%，表现出巨大的实际应用潜力。然而，推进OPV技术的产业化，不仅要着眼于提升材料的光伏性能，更要严格控制相关材料的合成成本。目前，高效率的给、受体材料面临着合成步骤复杂和产率低下的问题，这无疑大幅增加了材料的生产成本，严重制约了有机光伏电池的产业化进程。

　　在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下，北京分子科学国家研究中心侯剑辉课题组围绕高效率、低成本材料开展了系统的研究，取得了系列成果(Natl. Sci. Rev. 2021,8,nwab031;Nat. Commun.2021,12,5093;Adv. Mater. 2022,34,2108090;Adv. Mater. 2022,34,2105803;Angew. Chem. Int. Ed.2023,62,e202214088;Angew. Chem. Int. Ed. 2023,62,e202314362)。

　　近期，该课题组以低成本的噻吩-苯环-噻吩(TBT)单元为出发点，开发了一系列高性能非稠环电子受体材料。首先，他们通过在中心苯环的邻位引入两个2-乙基己基烷氧基取代基，合成了受体材料TBT-2。基于TBT-2的OPV电池实现了13.6%的PCE。进一步，通过改变苯环上烷氧基的取代位置以及在分子中引入α位点支化的烷氧基作为侧链设计了受体材料TBT-13，这样的分子设计赋予了材料更好的平面性和稳定的构象。增加的HOMO和LUMO空间分布波函数的重叠，使TBT-13的吸收峰相较于TBT-2红移了85 nm，有利于相应电池对太阳光的充分利用。基于TBT-13的OPV电池因短路电流密度和填充因子的协同提升，表现出了16.1%的PCE。此外，他们通过精细调节烷氧基侧链的长度设计了受体材料TBT-26。共混薄膜显示出更加有序的π–π堆积和良好的聚集特性，从而表现出了优异的电荷传输性能，进一步将OPV电池的PCE提升至17%，这是目前基于全非稠环受体制备的OPV电池所能获得的最高结果。同时，该材料的成本低至85元/克，非常适合产业化应用。他们结合溶液理化性质，通过调控涂布条件，制备的30.6 cm²电池实现了13.5%的PCE。这一系列研究成果不仅为开发高性能、低成本的受体材料提供了一种实用的分子设计策略，也为OPV技术的产业化提供了重要支撑。相关成果近期发表在J. Am. Chem. Soc.和Angew. Chem. Int. Ed.期刊上（https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.4c00090；https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202403753），论文第一作者为博士研究生杨霓，通讯作者为北京分子科学国家研究中心侯剑辉研究员和崔勇副研究员。

　　TBT系列材料及其器件性能