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有机太阳能电池（OSCs）的光电转换效率（PCE）目前已经接近商业化应用的门槛。然而，阻碍OSCs发展的其中一个重要方面就是有机半导体分子的光降解行为。这是因为非富勒烯受体（NFAs）的固有光稳定性尚不理想，在环境光照下会发生一定的降解。通常，只有在排除氧气和紫外光干扰的情况下，OSCs的理想工作寿命才能够得到保证。
通过醛基和活性亚甲基之间的Knoevenagel缩合（KC）{attr}3183{/attr}来合成A-D-A型的非稠环NFAs，由于其分子特性易于调节，通常具有很高的光电性能，但其实也破坏了自身的光化学稳定性。一方面是由于外环乙烯基双键比芳香单元中的双键更容易受到光氧化的作用，而另一方面KC反应具有一定的可逆性。因此，防止环外乙烯基的副反应是提高NFAs内在稳定性的关键，目前还缺乏有效的方法。近年来，半稠环和非稠环受体（SFRAs和NFRAs）得到了迅速发展，它们具有较低的合成复杂度和良好的PCE性能。然而，进一步探索具有内在光化学稳定性的有机半导体，以及了解它们的结构-活性关系，对于最终开发稳定的光电器件具有很大的意义。
基于以上的考虑，近日，浙江大学李昌治研究员研究团队详细而系统地研究了具有代表性的稠环、半稠环和非稠环A-D-A型 NFAs的光降解途径，并揭示这些独特分子中的外环乙烯基的光异构化产物。这种不利的光化学反应破坏了NFAs的共轭程度和分子内电荷转移，从而导致基于非富勒烯OSCs性能的不可逆衰减。然而，研究发现，NFRAs却表现出良好的光伏性能和光化学耐受性。按照降解速率来看，PTIC（非稠环，9.00×10-4 h-1）<PTICH（非稠环，2.30×10-3 h-1）<HF-PCIC（半稠环，1.36×10-2 h-1）<IT-4F（稠环，1.48×10-2 h-1），这是因为NFRAs的独特结构限制了其在分子水平和凝聚体中的光异构化。 图2:不同分子的光稳定性探究 随着一系列深入的研究，研究人员发现这些A–D–A型NFAs从分子水平到宏观凝聚体的结构限制对于增强其自身以及衍生的非富勒烯OSCs的光稳定性尤为重要。实现这一目标的主要因素有两个：1.通过在A-D-A NFAs中扩展外链来抑制乙烯基的光异构化。2.利用平面SP3无碳骨架促进分子的紧密堆积。因此，PTIC具有优异的光稳定性。事实上，研究人员认为这些发现只阐述了NFAs影响OSCs光稳定性的部分原因，但从这些独特的例子中得到的结论为设计高效稳定的有机光伏材料和衍生OSCs提出了新的见解。 图3:PTIC的光稳定性和单晶分析 综上，该工作不仅揭示了NFAs的结构与光化学稳定性之间的部分联系，也为设计更稳定和高效的有机光伏材料提供了相应的策略。相关研究成果现已发表在《Nature Communications》上，题为“Molecular insights of exceptionally photostable electron acceptors for organic photovoltaics”。 本文关键词：有机太阳能电池，OSC，非富勒烯受体，非稠环受体，光稳定性，IT-4F，PTIC。
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