有机太阳能电池（OSCs）因具有轻、薄、柔以及可溶液加工等突出优点，在可穿戴、便携式能源及建筑光伏一体化等领域具有广阔的应用前景。众所周知，高能量转换效率（PCEs）和长期稳定性对于有机太阳能电池的产业化至关重要。近年来，得益于新型小分子受体的研究，有机光伏电池的能量转换效率得到显著提升，但是小分子在光、热等条件下的快速扩散会引起形貌退化，导致含有小分子受体的光伏活性层通常存在器件稳定性较差的问题。相较于小分子受体，具有高分子量、大分子尺寸特征的寡聚受体，因其较高的玻璃化转变温度（Tg）使分子的扩散行为和形貌衰退受到抑制，对提高OSCs的长期稳定性至关重要，但是较大分子尺寸的寡聚物往往表现出更为复杂的分子构型，分子堆叠及相分离行为难以控制，会严重影响光伏电池的性能。因此，面向兼具高光伏效率、高稳定性的有机太阳能电池，开发新型寡聚受体的设计策略既有必要同时也极具挑战性。
近期，青岛能源所包西昌研究员带领的先进有机功能材料与器件团队在新型多臂寡聚受体的研究中取得重要进展，开发了两类多臂寡聚受体3BY和3QY，并通过调节非稠合核心单元的刚柔度，实现对外围功能臂的构型及聚集态调控，显著提高了OSCs的光伏效率和稳定性。与传统刚性π-稠合核心不同，该研究中采用的非稠合结构赋予材料更高的柔性和适应性，从而减轻了核心单元对寡聚物构型和聚集行为的制约。同时，通过在非稠合中心引入多维非共价键分子内相互作用，实现了对分子间堆积及给受体共混动力学更为精细的优化。最终，以聚合物PM6为给体，基于3QY的光伏电池PCE达到19.27%（权威验证效率18.80%），优于基于3BY器件的性能（17.75%），位列目前已报道的寡聚受体的最高效率。更为重要的是，新型寡聚物的大分子尺寸显著提升了玻璃化转变温度，抑制了电池运行时分子扩散速率，从而增强了光伏器件的稳定性。在80oC连续加热条件下，PM6:3QY光伏电池的T80%寿命（性能衰减到初始效率的80%所需要的时间）超过3000小时。该研究不仅明确了多臂寡聚物受体的结构-性能内在关系，还提出了基于非稠合核心的新型寡聚受体设计策略，为高效且稳定OSCs的研究提供了新思路。
相关研究成果近期发表在Energy & Environmental Science期刊（Energy Environ. Sci.,2024,DOI: 10.1039/D4EE04149F）。论文第一作者为博士后孙成和王剑晓，通讯作者为包西昌研究员和李永海副研究员。本研究得到国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会、山东能源研究院、中国博士后科学基金、及山东省博士后创新人才支持计划等项目资助。
