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在柔性有机太阳能电池（OSCs）中，实现功率转换效率（PCE）与机械鲁棒性之间的平衡一直是小分子受体（SMA）和聚合物受体面临的重大挑战。

本研究中国科学院宋伟、陈振宇和葛子义等人通过在不同侧链位点引入长度可变的柔性连接基团，开发了一系列柔性连接巨型分子受体（GMAs）：DSY-C4、DSY-C6、DSY-C8和DSY-C10。优化后的DSY-C10基器件在二元OSCs中同时实现了高效率（PCE=18.89%）和优异的机械耐久性（裂纹起始应变（COS）=9.95%），为高延展性受体设立了新标杆。侧链位点的连接使分子呈现蝴蝶状构象，柔性连接基团减少了空间位阻，显著提升了GMA的结晶性和聚集性。因此，PM6:DSY-C10基器件表现出更高的短路电流密度（JSCJSC=27.51 mA cm⁻²）和填充因子（FF=0.785），优于PM6:DSY-C4基器件（JSCJSC=26.65 mA cm⁻²，FF=0.728）。此外，更长的柔性连接基团增强了给体-受体相互作用，使PM6:DSY-C10共混膜的COS值比PM6:DSY-C4（COS=6.04%）提高了65%，接近聚合物受体（PT-IV）的性能。在PM6:BTP-eC9二元共混体系中引入DSY-C10后，效率达到19.91%（认证效率19.39%），凸显了柔性连接GMAs在高效率柔性OSCs中的潜力。

这些结果表明，柔性连接GMAs在二元OSCs中实现了PCE与机械鲁棒性的前所未有的平衡，为耐用柔性OSCs的发展铺平了道路。

文章亮点总结：

  1. 高效与机械性能的完美平衡：通过引入柔性连接基团，DSY-C10基器件实现了18.89%的高效率和9.95%的裂纹起始应变（COS），为柔性有机太阳能电池的性能设立了新标准。

  2. 蝴蝶状构象优化结晶与聚集：柔性连接基团减少了空间位阻，显著提升了受体的结晶性和聚集性，从而改善了电荷传输和器件性能。

  3. 三元体系突破19%效率：在PM6:BTP-eC9二元体系中加入DSY-C10后，效率进一步提升至19.91%，展示了柔性连接GMAs在高效率柔性光伏器件中的巨大潜力。

Butterfly-effect of Flexible Linker in Giant-molecule Acceptor: Optimized Crystallization and Aggregation for Enhancing Mechanical Durability and Approaching 19% Efficiency in Binary Organic Solar Cells

Q. Ye, W. Song, Y. Bai, Z. Chen, P. Ding, J. Ge, Y. Meng, B. Han, X. Zhou and Z. Ge, Energy Environ. Sci., 2025, Accepted Manuscript , DOI: 10.1039/D4EE05456C

https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2025/EE/D4EE05456C


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