目前，随着国家物联网跟智能工厂的不断完善，室内光伏产业(IPVs)越来越受到学术界和工业界的密切关注。室内有机光伏技术（IOPV）作为一种适用于物联网的能源供应方案，近年来在室内LED的光照条件下已实现了超30%的光电转换效率，初步达到了工业生产的基本性能要求。然而，目前，高性能IOPV大多是由共轭聚合物给体（PDs）与小分子受体（SMAs）的常规组合方式所实现的。然而，这种类型的IOPV存在一个关键的局限性：由于小分子受体（SMAs）具有较低的玻璃化转变温度（Tgs），其快速扩散的特性可能导致混合膜结构容易发生变化，对器件长期稳定性造成不良影响。因此，开发具有更高Tg和更优良结晶度的受体材料是解决以上困境的必要之举。
近期，来自香港理工大学、香港科技大学及北京化工大学的学者们报道了一种新颖的小分子二聚化设计思路，通过将两个烷氧侧链基Y-type单体用一个刚性的乙烯基链接体连接起来，合成了两种具有吸收谱蓝移性质的二聚体，即DY4FO-V 和 DY6FO-V，同时提高了 IOPV 的效率和稳定性。
结果显示，两种新型二聚体在 PM6:Acceptor基器件中均表现出 1.00 V 的高开路电压，是在基于Y-type 二聚体的二元 OPV 中最高的开路电压值。令人惊讶的是，基于DY6FO-V的二元器件获得了 16.6% 的良好效率，其在可见光范围内的 EQE 响应也较高，且陷阱辅助复合较少。因此，在 2600 K LED 灯下，优化后的基于 PM6:DY6FO-V 的器件实现了令人鼓舞的 29.1% 的光电转换效率，标志着二元 IOPV 的最好性能。
此外，DY6FO-V 具有较高的玻璃化转变温度，这使得相应器件具有出色的器件稳定性，在 1100 小时内仍能保持约 81% 的初始值，从而突显了其长期商业应用的可行性。此外，基于DY6FO-V的柔性器件与基于小分子受体的柔性器件相比，表现出更强的机械稳定性，这表明DY6FO-V在柔性制造方面具有巨大潜力。这项研究为设计具有商业化潜力的适合于室内发光的二聚体材料提供了重要指导，有助于实现高性能且稳定的 IOPV。
相关工作以“Indoor Organic Photovoltaics with Over 29% Efficiency and Great Stability Enabled by Giant Dimeric Acceptors with Hypsochromic Absorption and High Glass Transition Temperature”的研究性文章发表在Wiley 的旗舰刊物Advanced Science。本文的第一作者是香港科技大学的已毕业博士生邹博森，共同第一作者为香港科技大学的博士研究生Ho Ming Ng和北京化工大学博士研究生李正凯；香港理工大学于涵教授、香港科技大学颜河教授以及北京化工大学张志国教授为论文共同通讯作者。
论文链接：
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202512690
图1. 不同分子量的受体的分子设计策略以及相应的玻璃化转变温度。
图2. 本文所涉及受体的紫外可见光吸收光谱、能级排布、分子结合能计算以及分子堆积比较。
图3. 二元OSCs光伏器件性能与物理分析。
图4. 混合膜形貌分析。
图5. 室内光伏及器件稳定性表征。
综上所述，为了同时提升室内有机光伏器件的效率和稳定性，以便用于进一步的物联网应用，我们通过一种简便的合成方法提出了两种具有吸收谱蓝移和高玻璃化转变温度的 Y-type二聚体（DY4FO-V 和 DY6FO-V）。具有明确化学结构的Y-type二聚体证明能够结合小分子和聚合物受体的优点。此外，我们的新材料 具有更好的结晶度，因此具有更快的载流子传输速度和更小的非辐射复合损失，优于基于小分子和聚合物受体的器件性能。通过调整氟化程度，基于多氟化 DY6FO-V 的器件实现了 16.6% 的光电转换效率，具有良好的开路电压和填充因子，可用于进一步的室内光伏器件应用。结果，优化后的基于 DY6FO-V 的 IOPV 实现了在室内光照下的 29.1% 的高光电转换效率。同时，基于 DY6FO-V 的器件在光/热稳定性和机械稳定性方面均优于小分子受体对照组。我们的研究强调了开发具有吸收谱蓝移特性的 Y-type二聚体对于开发具有卓越稳定性的高效室内有机光伏器件的重要性。
来源：材料科学与工程公众号。感谢论文作者团队支持。
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