来源：有机太阳能电池研读社

01 背景简介

有机太阳能电池(OSCs)的功率转换效率已超过20%，这在很大程度上得益于对小分子受体的探索。然而，OSCs仍远远落后于一流的硅/钙钛矿太阳能电池，特别是当比较它们在类似带隙下的开路电压时。这主要是由OSCs中相当大的非辐射能量损失决定的，例如，对于OSCs通常>0.2eV，但对于高效无机太阳能电池仅约0.04eV。开发具有刚性/平面骨架的小分子受体并构建其紧凑/有序的三维堆积网络已被证明是抑制激子或电荷转移(CT)态的非辐射复合的有效途径。然而，有机分子固有的柔性骨架通常会导致相对松散和无序的分子间堆积，这将不可避免地扩大态密度，加强基态与激发态或CT态之间的电子耦合，并最终使降低OSCs中的能量损失变得相当具有挑战性。

受有机材料的上述性质的限制，如何在保持分子三维堆叠网络的同时引入创新的光电机制尤为重要。有机金属配合物具有一些独特的优点：(1) 过渡金属原子的d轨道通常可以有效地重新排列，(2) 重金属原子的自旋-轨道耦合作用容易形成三重态激子，这显著增加了分子激发态寿命和激子的扩散长度；(3) 金属-金属相互作用可以增强分子间的堆积，促进光生激子的分子间动力学弛豫离域。尽管有这些显著的优点，含有过渡金属的高性能小分子受体构建依然非常罕见，这在很大程度上取决于分子合成的巨大困难以及在引入金属络合物后保留所需的3D分子间堆积网络。

02 文献摘要

南开大学陈永胜教授团队在共轭主链上建立了一种新型多过渡金属分子平台(CH-Zn，CH-Ni，CH-Pt)作为高性能的电子受体。基于 CH-Pt 的三元有机光伏具有超过 20% 的出色功率转换效率，更重要的是，中心金属对受体本身物理化学性质的依赖性尚未被探索，通过展示这种罕见的含金属受体的情况，提供了对金属配合物是否可以作为高性能受体的构建块的洞察，并为含金属受体的合理设计提供指导。

图1.（a）CH-H、CH-Zn、CH-Ni和CH-Pt的化学结构。（b）计算的HOMO分布和偶极矩。（c、d）SMAs分别在氯仿溶液和固体膜中的电子吸收。

方案1. CH-H、CH-Zn、CH-Ni和CHPt的合成路线。

图2. 从（a）CH-H和（b）CH-Zn单晶中提取的分子几何形状、分子堆积拓扑结构和主要分子间堆积模式。请注意，如图S14所示，有一个H2O分子与锌原子配位，为了清楚起见，在此我们省略了它。

图3.（a）SMA薄膜的光致发光量子产率（PLQY）。（b）PBDT-T：SMA二元OSCs的J-V曲线。（c）二元OSCs的EQE图和积分JSC曲线。（d）Jph与Veff曲线，表明ηdiss和ηcoll。（e）SMA的时间分辨PL衰减迹线。（f）PM6：BTP-eC9：CH-Pt三元OSCs的J-V曲线。

图4.（a）PBDB-T：SMA共混物的AFM-IR图像。供体和受体域分别用蓝色和红色标记。（b）图4a中相分离尺寸的统计分析。（c）面外方向D/A共混物的CCL。（d，e，f）分别为PM6：BTP-eC9、PM6：CH-Pt和PM6：BTP-eC9：CH-Pt共混物的AFM-IR图像。

03 器件数据

基于PBDB-T:CH-X（X=H、Zn、Ni、Pt）NFA的传统器件采用 ITO/PEDOT:PSS/PBDB-T:CH-X（X=H、Zn、Ni、Pt）/PNDIT-F3N/Ag 结构制造。具体来说，在超声波浴中依次用洗涤剂水、去离子水、丙酮和异丙醇清洗 ITO 涂层玻璃基板 15 min，然后用氮气吹干。使用前，在紫外线-臭氧中对清洗过的 ITO 基底进行 15 min的紫外线照射处理。然后，在 ITO 基底上以 4300 rpm的转速旋涂一层薄薄的PEDOT:PSS，时间为 20 s。随后 PEDOT:PSS 薄膜在 160 ℃ 的环境条件下烘烤 15 min，迅速转移到手套箱中。将二元 PBDB-T：CH-X（X=H、Zn、Ni、Pt）混合物（D:A =1:1.2）完全溶解在氯仿中，并加入 0.2% 的 1,8-二碘辛烷（DIO）作为添加剂，供体浓度为 6 mg mL-1，在室温下搅拌 6 h，然后以 2000 rpm 的转速在 PEDOT:PSS 层上旋涂 30 s。旋涂后，将混合薄膜 在 120 ℃ 下退火 10 min。将 PNDIT-F3N（溶于含 0.5% v/v 冰醋酸的甲醇中，浓度为 1 mg mL-1）层旋涂在活性层上，转速为 3000 rpm，时间为 20 s。最后，在 2×10-6 Pa 下沉积了 150 nm 的银，面积为 4 mm2，MASK面积约为 3.24 mm2。二元 PM6:CH-X 器件是按照上述流程制备的。PM6:CH-X (X=H, Zn, Ni, Pt)： BTP-ec9溶液（重量比为1:0.1:1.1）在室温下搅拌 在室温下搅拌 6 h，然后以 1900 rpm的转速旋转 30 s，将 2PACZ (0.3 mg mL-1）层上。旋涂后，混合薄膜在 90 ℃ 下退火 10 min。