有機半導體的可控組裝為深入了解其結構與性質關係開闢了一條途徑，在此基礎上，辨別有機半導體的組裝可以實現相關性能的改善。然而，對其分子可控性的詳細研究目前仍具有挑戰性。基於苝二亞胺（PDI）的有機太陽能電池（OSC）發揮著巨大優勢，這是由於含PDI的活性層在其匹配的光吸收下可製備出高電壓輸出的前電池。此外，PDI部分在單組分OSC中顯示出重要作用，同時也顯著提高了這些製備工藝簡單的OSC的穩定性。儘管如此，基於PDI的OSC的性能仍然遠遠落後，更多的研究工作應致力於探索更多的新型PDI分子，以實現更高效的OSC。
鑑於此，近日，香港科技大學顏河教授、清華大學王朝暉教授和中科院化學所Meng Dong等人最新報導了基於兩種PDI型分子融合心環烯的受體分子（CRP-1和CRP-2），並製備出高效非富勒烯OSC。單晶分析表明，兩種分子顯示出各種組裝框架結構，同時基於這兩種受體的異構體OSC均具有出色的光電轉換效率（PCE），能級與中等帶隙聚合物給體（P3TEA）相匹配。與CRP-2相比，高對稱性誘導的有序組裝賦予CRP-1更高的效率，PCE值達到11.2%，這是迄今為止報導的基於PDI的OSC的最佳性能。事實上，CRP-1和CRP-2均表現出較強的光吸收能力，並且這兩種受體分子在共混膜中顯示出不同的組裝特性，其中CRP-1與P3TEA混合形成了更小，更純的相分離體系，從而為相應的OSC提供了更高的短路電流密度（JSC）和填充因子（FF），分別為15.69 mA cm-2和68.3%。這項研究證明了分子組裝對薄膜形態和器件性能的影響，並為設計和合成更高效非富勒烯OSC提供了新策略。
相關研究成果已於近期發表在中國化學會旗艦刊《CCS Chemistry》上，題為「Symmetry-Induced Orderly Assembly Achieving High-Performance Perylene Diimide-Based Nonfullerene Organic Solar Cells」。
文獻地址：
https://doi.org/10.31635/ccschem.021.202000538