9-芴酮-苯并噻二唑基给体的分子工程：有机太阳能电池光伏性能的协同优化

为解决FN-BT体系溶解性差和光吸收不足的问题，大连理工大学研究团队通过侧链修饰和π共轭延伸策略，开发出三种新型小分子给体(TPAFNBT/TPAFNDOBT/(TPAFN)2DOBT)。其中对称结构(TPAFN)2DOBT表现出1.93 eV光学带隙和9.25%的功率转换效率(PCE)，创下溶液加工FN-BT光伏体系的最高记录，为有机光伏材料设计提供了新思路。

　　

在追求清洁能源的时代，有机太阳能电池(OSCs)因其柔性、轻质和可溶液加工等优势备受关注。然而，核心光电材料的设计始终面临"鱼与熊掌"的困境——具有优异电荷传输性能的材料往往溶解性差，而可加工性好的材料又可能光电性能不足。9-芴酮(FN)和苯并噻二唑(BT)单元虽然因其平面分子结构和强电子亲和力成为理想构建模块，但传统FN-BT体系正陷入这种两难境地：刚性骨架导致加工困难，窄吸收光谱限制光捕获能力。

大连理工大学化学学院的研究团队通过巧妙的分子工程，打破了这一僵局。他们设计出两种不对称(TPAFNBT和TPAFNDOBT)和一种对称(TPAFN)₂DOBT小分子给体(SMDs)，通过烷基侧链修饰改善溶解性，借助π共轭延伸拓宽光吸收。这项发表于《ESMO Real World Data and Digital Oncology》的研究，展示了如何通过协同优化分子结构实现性能突破。

研究采用紫外-可见吸收光谱测定光学带隙，通过原子力显微镜(AFM)评估薄膜形貌，利用空间电荷限制电流法(SCLC)测量载流子迁移率。器件性能通过标准AM1.5G太阳光模拟器测试，采用反向结构ITO/ZnO/活性层/MoO₃/Ag进行验证。

【分子设计策略】通过引入三苯胺(TPA)给电子单元和烷氧基侧链，构建"给体-受体-给体"(D-A-D)型不对称结构和"A-D-A"型对称结构，理论计算表明这种设计能有效调节能级分布。

【光学性能突破】对称分子(TPAFN)₂DOBT展现出最宽吸收范围(300-750 nm)，光学带隙降至1.93 eV，较传统FN-BT体系红移约100 nm，这归因于增强的分子内电荷转移(ICT)效应。

【薄膜形态优化】AFM显示(TPAFN)₂DOBT薄膜具有最佳均一性，表面粗糙度仅0.89 nm，烷氧基侧链有效抑制了分子过度聚集，这为其优异的器件性能奠定基础。

【器件性能标杆】基于(TPAFN)₂DOBT的器件实现1.09 V开路电压(V_oc)和9.25%的PCE，填充因子(FF)达68.3%，三项参数协同提升创造了FN-BT体系的新纪录。

这项研究揭示了分子对称性与光伏性能的构效关系：对称结构有利于形成更有序的分子堆积，而不对称设计则提供更多结构调控维度。特别值得注意的是，烷氧基侧链的引入在不破坏共轭骨架的前提下，既改善了加工性能又维持了电荷传输通道的完整性。该工作提出的"协同优化"策略——即同时调控溶解性、光吸收和分子堆积特性，为开发新一代有机光伏材料提供了普适性设计范式。这些发现不仅推动FN-BT体系走向实际应用，更启示研究者可以通过精细的分子手术，在看似矛盾的性能指标间找到最佳平衡点。