透视并杂环受体分子在给受体共混膜中的聚集结构

　　非富勒烯受体材料分子在有机光伏器件光活性层中的聚集结构决定了电池器件的光电转换性能。然而，受体分子在给受体共混膜中的聚集结构依然十分模糊，与聚集结构密切相关的掠角入射X-射线衍射（GIXRD）谱峰的归属亦十分模糊。中国科学院化学研究所的一个研究组合成了一个新的受体分子，通过把这个分子的单晶数据和掠角入射X-射线衍射（GIXRD）数据关联，不仅给出了这个分子在给受体共混膜中更清晰的聚集结构，也对GIXRD中的部分关键谱峰给出了更清晰的结构归属。相关的研究成果发表在2018年9月21日的《Adv. Energy Mater.》上。 

　　该研究组发现，这个分子形成两种J-二聚体，并以这两种J-二聚体为重复结构单元，形成了三维互穿网状的p-p堆积结构，该结构有利于激子和电子在三维方向上的扩散与传输。利用北京同步辐射装置（BSRF）1W1A-漫散射实验站的技术，他们测试得到了这个分子在不同条件下形成的给受体共混博的GIXRD数据，通过将单晶数据和GIXRD数据关联，他们回答了，在给受体共混膜的GIXRD数据中，为什么受体材料会在面外方向上，给出一个宽的（010）衍射峰？为什么会在面内和面外方向上，各出现一个强的（100）衍射峰？为什么会在0.4-0.45nm处出现一个弱的衍射峰？他们亦指出，和面内方向上的（100）衍射峰相比，面外方向上的衍射峰更适合用来判断，在给受体共混膜中，受体分子在面外方向上的结晶性的强弱。 

　　他们也详细研究了，热退火和溶剂添加剂（1,8-二碘辛烷，DIO）对给受体结晶性的影响，发现，和DIO相比，热退火可以更有效地增加受体材料相的结晶性，提升短路电流，而DIO的使用，则可以协助得到更为精细平整的薄膜形貌，提高填充因子，两者结合，给出更好的器件性能，最终得到了10.5%的光电转换效率。 

　　发表文章： 

　　Dong Yan#, Wenxu Liu#, Jiannian Yao and Chuanlang Zhan*, Fused-Ring Nonfullerene Acceptor Forming Interpenetrating J-Architecture for Fullerene-Free Polymer Solar Cells, Adv. Energy Mater., 2018, 8 (31), 1800204.