基于DFT计算的分子优化策略提升小分子有机太阳能电池性能研究

为解决有机太阳能电池(OSCs)效率优化难题，研究人员通过计算设计对苯并二噻吩(BDT)和噻吩并[3,2-b]噻吩(TT)衍生物(M1-M7)进行分子工程改造。通过引入扭曲骨架结构、优化硒苯基(M6)等侧链，实现π-π堆叠有序化，获得1.10-1.41 V高开路电压(Voc)、625 nm红移吸收及24.85 mA cm?2短路电流密度，最终将填充因子提升至84-91%，为小分子给体设计提供新策略。

　　

有机太阳能电池(Organic Solar Cells, OSCs)因其低成本生产和柔性应用潜力备受关注。这项研究通过密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT)计算，对苯并二噻吩(Benzodithiophene, BDT)和噻吩并[3,2-b]噻吩(Thieno[3,2-b]thiophene, TT)衍生物(M1-M7)进行精准分子设计。通过调控中心核数量与侧链修饰（如硒苯基取代的M6），巧妙平衡了π-π堆叠有序度与分子聚集抑制效应。

研究发现，噻吩基侧链修饰的分子呈现更高最高占据分子轨道(Highest Occupied Molecular Orbital, HOMO)能级，产生显著HOMO偏移促进激子解离，同时维持1.10-1.41 V的高V_oc。引人注目的是，含硒苯基侧链的M6展现出625 nm的最大吸收波长，其性能排序为M6>M1>M7>M3>M4>M5>M2>R。优化的分子结构带来24.85 mA cm^?2的短路电流密度和84-91%的填充因子，这些突破源于扭曲骨架结构对电荷传输特性的改善。

该研究证实，通过扭曲骨架设计、侧链精准调控（如硫/硒杂原子置换）以及分子间相互作用优化等策略，可同步实现光吸收拓展、电荷传输增强和形态学控制，为高性能小分子给体材料(ASM-OSCs)的开发提供了分子层面的设计蓝图。