最近，在国家自然科学基金委和科技部重点研发计划的支持下，化学所有机固体实验室李永舫课题组在A-DA’D-A类小分子受体L8-Ph的基础上，通过在内侧链苯基末端引入两种简单的取代基（氟原子和甲基），合成了两种新型受体L8-PhF和L8-PhMe，并研究了这些取代基对分子间相互作用、能量损失及使用非卤溶剂加工的有机太阳电池性能的影响。通过单晶分析和理论计算发现，L8-PhF虽然具有更强的分子间相互作用，但分子堆积的有序性较差；相比之下，L8-PhMe中由于甲基的引入表现出了更有效的非共价相互作用、更高比例的C-C相互作用和更有效的分子堆积重叠程度，提升了分子堆积的紧密度和有序性。当将这些小分子受体与给体PM6共混时，分子间相互作用的差异影响了薄膜的成膜过程和共混薄膜的相分离行为。与L8-PhF和L8-Ph基薄膜相比，基于L8-PhMe的共混薄膜表现出更短的成膜时间和更均匀的相分离，基于L8-PhMe的有机太阳电池展现出较低的非辐射能量损失和更高的开路电压。最终，以邻二甲苯为溶剂、2PACz为空穴传输层制备的PM6:L8-PhMe器件表现出优异的能量转换效率（19.27%）和开路电压（0.90 V），这是目前常温非卤溶剂加工的基于小分子受体的二元有机太阳电池中最高开路电压之一。

该研究表明，通过内侧链的精细修饰，调控小分子受体的分子间相互作用，可以显著降低非卤溶剂加工的器件的能量损失。同时在小分子设计中，非共价相互作用的有效性比强度更为关键，对分子堆积、薄膜形貌及器件性能具有重要影响。相关成果近期发表在Angewandte Chemie-International Edition上（Angew. Chem. Int. Ed.2024,e202416016），文章的第一作者为博士生武相锡，通讯作者为李骁骏副研究员和李永舫研究员。

图1. a)L8-PhF和L8-PhMe的分子结构；Hirshfield分析的b)L8-PhF和c)L8-PhMe的指纹图（插图表示C-C非共价相互作用的分解指纹图）；根据单晶结果分析的d)L8-PhF和e)L8-PhMe的分子堆积示意图。

北京分子科学国家研究中心有机固体实验室

2024年12月23日