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面對全球氣候變化與能源轉(zhuǎn)型的雙重挑戰(zhàn)，開發(fā)高效、可持續(xù)的清潔能源技術(shù)已成為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵路徑。在這一背景下，有機(jī)太陽能電池（Organic solar cells，OSCs）作為新一代的光伏技術(shù)，憑借質(zhì)輕、透明、柔性等優(yōu)點受到了廣泛關(guān)注，在光伏建筑一體化、柔性可穿戴電子設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等領(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所有機(jī)光電材料與器件團(tuán)隊長期從事高效有機(jī)太陽能電池的研究（Chem. Soc. Rev. 2024,53,2350;Adv. Mater. 2024,36,2401789;Adv. Mater. 2025,37,202414080;Energy Environ. Sci.,2024,17,7318;Angew. Chem. Int. Ed. 2024,63,e202401518 ）。近期，該團(tuán)隊葛子義研究員和楊道賓副研究員聯(lián)合四川大學(xué)黃艷教授在能源領(lǐng)域頂級期刊Energy & Environmental Science上發(fā)表題目為“Direct C–H arylation-derived low crystallinity guest acceptor for high efficiency organic solar cells（直接C-H活化構(gòu)筑低結(jié)晶度受體材料實現(xiàn)高效率有機(jī)太陽能電池）”的研究論文（Energy Environ. Sci.,2025,DOI: 10.1039/D5EE00542F），通過直接C-H活化開發(fā)了一種低結(jié)晶度客體受體D-IDT，將其引入D18:BTP-eC9體系后，實現(xiàn)了器件效率和穩(wěn)定性的協(xié)同提升。

有機(jī)太陽能電池中活性層材料的合成十分依賴Stille反應(yīng)，但該方法存在原子經(jīng)濟(jì)性差、成本高、環(huán)境污染等系列問題。為解決這一難題，本研究采用直接C-H活化策略，通過C-H/C-H交叉偶聯(lián)反應(yīng)成功合成了A-D-D-A型受體D-IDT。與傳統(tǒng)的C-H/C-X反應(yīng)相比，該策略避免了劇毒有機(jī)錫試劑的使用，副產(chǎn)物僅為氫氣，顯著降低合成對環(huán)境的影響。此外，該策略合成步驟更少、產(chǎn)率更高以及無需復(fù)雜的預(yù)官能團(tuán)化反應(yīng)過程，實用性更強(qiáng)，為有機(jī)光伏材料的綠色合成提供了新思路（如圖1）。

此外，與高結(jié)晶度的A-D-A型受體S-IDT進(jìn)行對比研究發(fā)現(xiàn)，D-IDT雖然具有更大的π共軛平面，但其分子間相互作用減弱，結(jié)晶度降低。這種特性能夠促進(jìn)主體受體BTP-eC9的快速聚集并抑制其過度自組裝，從而形成更細(xì)小的相分離結(jié)構(gòu)（如圖2）。這種優(yōu)化的形貌顯著增強(qiáng)了激子解離效率，降低了非輻射電壓損失，使基于D18:BTP-eC9:D-IDT的器件的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了19.92%。此外，D-IDT的引入也很好改善了器件的光穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。這一結(jié)果揭示了客體材料的結(jié)晶特性與活性層混合形態(tài)之間的影響規(guī)律，為開發(fā)高效客體材料提供了分子設(shè)計指導(dǎo)，經(jīng)濟(jì)、綠色的合成路線也有助于促進(jìn)有機(jī)光伏技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用。

寧波材料所碩士研究生丁鵬飛和四川大學(xué)博士研究生戎緒剛為論文共同第一作者，寧波材料所葛子義研究員、楊道賓副研究員和四川大學(xué)黃艷教授為論文的共同通訊作者。該工作得到了國家科學(xué)杰出青年學(xué)者基金（21925506）、國家自然科學(xué)基金（U21A20331、22439004、22409202）和博士后創(chuàng)新人才支持計劃（BX20230386）的支持。

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圖1（a）直接C-H活化的分子設(shè)計策略；（b）S-IDT和D-IDT的化學(xué)結(jié)構(gòu)；（c）S-IDT和D-IDT 薄膜的二維GIWAXS圖；（d）對應(yīng)器件的J-V曲線；（e）對應(yīng)器件的光穩(wěn)定性

圖2（a）三種共混體系在旋涂過程中的原位二維紫外-可見吸收輪廓圖；（b）相應(yīng)體系的原位紫外-可見吸收線剖面圖；（c）從相應(yīng)吸收輪廓圖中提取的受體峰位置的時間演變圖

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