随着非富勒受体的开发，有机太阳能电池近年来发展迅速，最高光电转化效率已超过18%。将聚合物给体、不对称非富勒烯小分子受体（A-NF-SMA）共混作为光活性层的有机太阳能电池叫做不对称非富勒烯聚合物太阳能电池，简称A-NF-PSCs。由于不对称非富勒烯小分子受体具有比对称非富勒烯小分子受体更高的分子偶极矩和介电常数，并且当它们位于聚合物太阳能电池中时，在光敏层中具有较低的激子结合能，这有利于激子分解和电荷传输，因此A-NF-SMA材料引起了国际上的广泛关注并在过去十年间得到迅速发展。

近日，南京工业大学张仕明教授团队综述了具有受体-给体-受体（Acceptor-Donor-Acceptor）和受体-给体-受体-给体-受体（Acceptor-Donor-Acceptor-Donor-Acceptor）结构的不对称小分子受体的最新进展，以及从电荷传输、分子能级和活性层积聚形态等方面探讨了不对称小分子的优势，并展望了A-NF-SMA所面临的挑战和发展前景。

文章第一部分首先介绍了聚合物有机太阳能电池的优点，以及聚合物有机太阳能电池和不对称非富勒烯小分子受体近十年的发展历程。其中还包括了聚合物太阳能电池发展过程中的标志性非富勒烯小分子受体（如图1）。

图 1. (a) 早期报道的 A-NF-SMAs 的化学结构；(b) 非富勒烯小分子受体的化学结构。

文章第二部分首先介绍了有机太阳能电池的结构、光物理机制和必要的光物理性能参数。阐述了本体异质结有机太阳能电池结构包括金属阴极、电子传输层、活性层、空穴传输层和玻璃基板，解释了光伏激子扩散的机理，同时分析了主要的光物理参数，包括：开路电压Voc，短路电流Jsc，影响因子Fill factor (FF)，能量转换效率Power conversion efficiency (PCE)和外部量子效率External quantum efficiency (EQE) 等每个物理参数的定义、计算方式及影响因素。

文章第三部分介绍了基于 Acceptor-Donor-Acceptor (A-D-A) 结构的不对称非富勒烯受体光物理和化学性质，以及与对应的对称非富勒烯受体相比，A-D-A 结构的不对称非富勒烯受体相应器件堆积的形貌和光电性能参数的优劣。将A-D-A 结构的不对称非富勒烯受体从分子不对称特征分类成三个类别：核心不对称、端基不对称和侧链不对称，探究不同部分的不对称性导致的分子内不同偶极矩和分子间不同结合能的变化，致使不同器件效率发生的改变。

文章第四部分介绍了基于 Acceptor-Donor-Acceptor-Donor-Acceptor (A-D-A-D-A) 结构的不对称非富勒烯受体光物理和化学性质，以及与对应的对称非富勒烯受体相比，A-D-A-D-A 结构的不对称非富勒烯受体相应器件堆积的形貌和光电性能参数的优劣。将A-D-A-D-A 结构的不对称非富勒烯受体从分子不对称特征分类成三个类别：核心不对称、端基不对称和侧链不对称，探究不同部分的不对称性导致的分子内不同偶极矩和分子间不同结合能的变化，致使不同器件效率发生的改变。

最后，通过分析得出近几年不同结构的不对称非富勒烯小分子受体所在的聚合物太阳能电池的能量转换效率分布图（如图2），从电荷传输、分子能级和活性层积聚形态等方面探讨了不对称小分子的优势，对不对称小分子受体的现状进行了总结，并对其未来的发展方向进行了展望。

图 2. 基于不同结构的 A-NF-SMA 的 PCE 分布箱形图。

Recent advances and prospects of asymmetric non-fullerene small molecule acceptors for polymer solar cells

Liu Ye, Weiyu Ye, Shiming Zhang

J. Semicond. 2021, 42(10): 101607

doi:?10.1088/1674-4926/42/10/101607

Full Text: http://www.jos.ac.cn/article/doi/10.1088/1674-4926/42/10/101607?pageType=en