硝基官能化位点调控非富勒烯受体光伏性能的创新策略

本研究针对硝基(-NO2)强拉电子效应和空间位阻制约有机光伏材料发展的难题，通过区域选择性硝基功能化策略系统探究了硝基取代位点对非富勒烯受体(NFAs)光电性能的影响。研究发现中心硝基化可优化分子能级、增强D/A混溶性并形成三维堆叠网络，基于NO2Q-2F的准平面异质结器件实现19.14%的破纪录效率及6,450小时超长寿命，为有机半导体设计提供了新思路。

　　

硝基(-NO₂)功能化因其强拉电子效应和空间位阻效应，在有机光伏(OPV)材料设计中鲜少被采用。本研究通过区域选择性硝基化策略，系统阐明了硝基取代位点对非富勒烯受体(NFAs)光物理性质、分子堆积模式和光伏性能的调控规律。与末端硝基化的HQ-NO₂相比，中心硝基化的α-NO₂Q-2F和NO₂Q-2F表现出更宽的带隙、增强的偶极矩和优化的给体-受体(D/A)混溶性。单晶分析显示NO₂Q-2F形成了独特的三维堆叠网络，而非HQ-NO₂的一维堆积模式。基于NO₂Q-2F的准平面异质结(Q-PHJ)器件实现了19.14%的破纪录光电转换效率(PCE)，这是迄今硝基功能化有机光伏材料的最高值，同时在暗储存条件下展现出6,450小时的超长T₈₀寿命。相比之下，末端硝基化的HQ-NO₂器件效率仅为12.45%。该研究揭示了硝基化位点选择对解锁非富勒烯受体潜力的关键作用，为发展高性能有机半导体提供了创新设计思路。