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【研究背景】
有机太阳能电池（OSCs）在高效、低成本利用太阳能方面具有广阔的应用前景。经过近几年的迅猛发展，以富勒烯衍生物作为受体的有机太阳能电池的能量转化效率（PCEs）已经达到了11%。虽然如此，富勒烯衍生物作为受体材料的OSCs的有其发展瓶颈，一是吸光弱，而是能级固定。从而限制了材料结构设计的灵活性，加之有机半导体本身吸光范围窄，经一步提高PCEs显得尤为困难。
为了克服富勒烯衍生物受体的这两个缺陷，近来发展出了两种典型的稠环非富勒烯受体，一种是酰二胺基的受体分子，另一种是茚二噻吩或二噻吩并茚二噻吩基的A-D-A型小分子受体。其中，以后者作为受体的OSCs的PCEs已经超过了11%，显示了极大的发展潜力。
然而，如何选择有效的给体材料与新的非富勒烯受体材料匹配，从而进一步提高OSCs的PCEs又成为了一个新的问题。
【成果简介】
近日，北京大学材料科学与工程系占肖卫教授（通讯作者）研究组与国内诸多著名研究组合作，提出了与非富勒烯受体匹配的给体材料选择的三个基本标准：其一，能级匹配。提供有效的激子解离驱动力，并能最大化开路电压；其二，吸收光谱互补。吸收足够多的太阳光提供尽可能大的短路电流；其三，形貌兼容。实现理想的相分离尺度、纯度和聚集，有利于激子解离和电荷输运，提高填充因子和短路电流。
选择窄带隙的IDIC小分子作为受体材料，与五种当前最高效的给体材料匹配，将材料的带隙、能级和形貌优化三个因素与能量转化效率关联，有效地验证了这三个设计标准。