近日，化学化工与材料学院邱乃亮课题组与天津理工大学陆燕教授课题组、山东大学高珂教授课题组合作，在国际知名期刊《Advanced Functional Materials》（IF=18.5，中科院一区）上发表题为“ALow-Cost Three-DimensionalSpirobifluorene-Based Acceptor for High-Performance Ternary Organic Solar Cells”的文章，课题组刘春艳为文章第一作者。
三维（3D）材料作为三元有机太阳能电池客体组分的优势逐渐受到研究者的重视，它在提高器件性能方面显示出巨大的潜力。不过，3D客体材料结构与器件性能之间的关系需要进一步探索研究，以便为新型三维结构分子的设计提供充分的理论基础。基于此，邱乃亮团队利用具有3D结构的螺芴为中心核、噻吩为π桥、己基绕丹宁为末端基团，以简单的路线合成了3D受体SF-HR。SF-HR显示出edge-on取向的堆积，不像已报道的诸多无序聚集特征的3D分子那样，它具有明显的结晶性。当被引入D18:Y6二元主体系后，SF-HR可以诱导三元共混膜采取更多的face-on堆积模式和更细的相分离尺寸，从而促进激子解离和多方向电荷传输，利于器件填充因子(FF)的提升。此外，SF-HR与D18和Y6表现出互补的吸收和级联的能级，分别有助于提高短路电流密度(Jsc)和开路电压(Voc)。因此，系统优化后三元器件获得均高于主二元器件的Voc（0.893 V）、Jsc（27.13 mA/cm2）和FF（77.8%），能量转换效率高达18.85%。该研究开启了了结晶性3D分子在三元有机太阳能电池中应用，良好的实验结果有助于从新的角度去理解3D客体材料与器件性能之间的关系，为新型分子的开发提供一定的设计思路。
该项研究得到了国家自然科学基金（52173010）、济宁学院（2022HHKJ11）以及山东省能源转化与纳米催化高校特色实验室等项目和平台的支持。文章链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202414292
