有機太陽能電池（Organic solar cells, OSCs）憑借質輕、可溶液法加工、成本低等獨特優勢，近幾十年受到了廣泛的關注和研究。目前，高效率的OSCs吸光活性層由聚合物給體和小分子非富勒烯受體組成，但聚合物本征的分子量多分散性使得其存在批次差異性，會造成光電轉化效率（PCE）的不同，不利於未來的大批量製備。相比之下，全小分子有機太陽能電池由於其化學結構確定、重複性好和批次差異小等特點，受到了越來越多的關注。但同時，不理想的微相分離形貌也限製了其PCE的進一步提升。給受體類似的A-D-A型結構使得合理的調控相形貌成為較大的挑戰，高結晶性和合適的相分離尺度往往相互製衡，造成相對較低的PCE（通常＜16%）。 針對該係列問題，中國科學院寧波材料技術與工程研究所有機光電材料與器件團隊在葛子義研究員的帶領下取得了一係列進展。前期研究結果（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 2808-2815）發現，在小分子給體側基引入雙氟原子，能顯著改善分子pi-pi堆積、激子解離和電荷傳輸，最終獲得超過13%的光電轉化效率。通過進一步優化後處理工藝，全小分子器件PCE進一步提升至15.4%，同時闡釋了熱退火和溶劑退火對於調整活性層形貌存在不同的運作機理（Adv. Energy Mater. 2021, 2100800）。 近期，寧波材料所機光電材料與器件團隊在全小分子有機太陽能電池領域取得了新進展。研究人員首次將端基非對稱取代策略運用於小分子給體材料中。通過組合一係列不同吸電子能力的端基——氰基乙酸酯（CA）、羅丹明（Reh）、和茚酮（ID），研究人員設計合成了一係列新型的小分子給體材料SM-CA、SM-CA-Reh、SM-Reh、SM-CA-ID和SM-ID。與小分子受體N3共混時，發現基於SM-CA-Reh:N3的器件整合了SM-CA:N3高填充因子和SM-Reh:N3高電流的特點，最終器件效率從15.41%（SM-CA:N3）顯著提升至16.34%。該效率同時也是目前公開報道的二元全小分子太陽能電池的最高值。而基於SM-CA-ID和SM-ID的器件效率逐漸下降，分別為8.20%和2.76%。通過表征微觀的分子堆積和整體的相分布，發現分子的pi-pi堆積是決定相分離形貌的主要因素，而非結晶性或者偶極作用。同時SM-CA-Reh:N3中由於羅丹寧的引入，相尺寸略微增大，但仍保持了SM-CA:N3中較好的相分離網絡。這也較好解釋了其對於SM-CA和SM-Reh光伏性能的整合。 相關成果以“Asymmetric Substitution of End-Groups Triggers 16.34% Efficiency for All-Small-Molecule Organic Solar Cells”為題發表在Advanced Materials上（論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202202752）。博士生葛金峰為第一作者，葛子義研究員為該論文的通訊作者，論文同時得到國家納米中心魏誌祥研究員和華南理工大學黃飛教授團隊的支持。 此外，該研究得到了國家傑出青年科學基金（21925506）、國家自然科學基金（U21A20331和81903743）等項目資助。  小分子給體材料的端基調控策略和OSC性能 （新能源所 葛金峰）
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