有机太阳能电池（OSCs）具有质轻、透明和灵活等优势，为解决能源问题提供了切实可行方案。通过设计新型光伏材料分子结构、优化活性层形貌以及修饰阳极和阴极界面等， OSCs的功率转换效率（PCE）已超过19%。在光伏材料分子结构设计方面，对高性能给体和受体分子结构异构化，可以有效调整吸收带隙、分子堆叠形态和电荷分离和传输等，进一步提升OSCs光伏性能。但是，给体和受体材料分子结构复杂，共轭主链和支链较多，合成难度大，成本较高且非常耗时，迫使人们寻求更简单的分子异构化策略。

　　众所周知，卤素原子取代的π-骨架苯环添加剂能够与给体/受体（D/A）分子之间形成有效非共价相互作用，因而更合适调节本体异质（BHJ）结形貌及分子排列等。与非常复杂的给体和受体分子结构相比，添加剂分子结构相对简单，是异构化策略的理想选择。迄今为止，几乎所有卤素取代的苯基添加剂均能显著提高器件性能，但不同卤素取代位置对其与活性层分子之间相互作用影响尚未阐明。另外，一些合成或购买的卤素取代苯基添加剂成本仍然太高，在大规模应用中优势不明显。上述问题促使人们寻求一种简单便宜的位置异构化添加剂，研究其优化BHJ内在机制，对添加剂的选择提供参考意见。

　　与F、Cl和I取代反应相比，溴化苯基单体合成简单且产率高，被广泛用于Stille偶联反应、硼酸盐反应和其它化学反应等。因此，商用溴化苯基添加剂一般比其它卤素取代的添加剂更便宜。基于此，本工作研究了三种位置异构添加剂，即邻位、间位和对位二溴苯异构体，分别命名为ODBB、MDBB和PDBB，发现添加剂中二溴取代位置对BHJ形态有重要影响，偶极矩小且分子结构对称的溴化苯添加剂更能提升器件性能。

　　基于密度泛函理论（DFT），采用B3LYP-D3（BJ）/6-311G（d，p）基组，计算了添加剂和活性材料的分子静电势（ESP）分布，用以分析它们之间相互作用。PM6分子表面正电荷比负电荷多，而L8-BO分子表面存在大面积正电荷。由于溴原子具有强电负性，因而添加剂中负电荷区域集中在溴原子周围。因此，高负ESP分布的添加剂中双溴原子优先与L8-BO产生分子间非共价相互作用。此外，受苯环上溴原子取代位置影响，三种位置异构添加剂表现出不同大小的偶极矩，与L8-BO之间形成梯度分布的分子间非共价相互作用，有利于BHJ薄膜实现不同的D/A分子构型和纳米聚集态。三种位置异构添加剂与L8-BO分子间非共价相互作用能计算结果表明，相比ODBB和MDBB，PDBB与L8-BO分子间非共价作用力最小，诱导了更明显的J聚集行为，极大促进了分子堆叠。

　　图2.（a）PM6给体、L8-BO受体和三种位置异构添加剂的化学结构；（b）PM6二聚体、L8-BO和三种位置异构添加剂的ESP分布；（c）ODBB、MDBB和PDBB的偶极矩大小;（d）带有侧链或不带有侧链的L8-BO与三种位置异构添加剂之间非共价相互作用能；（e）位置异构体添加剂处理前后的纯L8-BO和纯PM6膜的归一化吸收光谱

　　掠入射广角X射线散射（GIWAXS）测量结果表明，与未添加剂BHJ薄膜和其它两种添加剂处理BHJ薄膜相比，PDBB处理的PM6:L8-BO薄膜具有较长的晶体相干长度和更显著的衍射强度，进一步证实PDBB有助于BHJ薄膜获得有序的分子强J聚集取向。原子力显微镜（AFM）和高分辨率透射电子显微镜（HR-TEM）测试结果表明，PDBB处理的共混膜明具有更明确的蠕虫状相畴结构和更好的分子堆积，有利于实现高效激子解离和超快电荷转移。

　　薄膜深度相关的光吸收光谱测试结果表明，PDBB处理后PM6:L8-BO薄膜中每个亚层均具有稳定吸收特性，并在PDINN和PEDOT:PSS界面附近分别获得更高L8-BO富集（56.3%）和PM6富集（59.0%），非常有利于增强电荷转移和减少界面处电荷复合。同时，PDBB处理后PM6:L8-BO薄膜也获得了更高激子产生速率值（1.40×1030 nm−2S−1），促进更高光电流产生。

　　图4.（a）深度相关的吸收光谱；（b）D/A组分比随薄膜厚度变化；（c）PM6:L8-BO薄膜在深度方向上的激子产生速率曲线

　　在飞秒分辨瞬态吸收（TA）光谱中提取光诱导的空穴转移动力学特征。为了抑制PM6吸收，实验采用800 nm泵浦脉冲选择性激发L8-BO受体吸收。与其它薄膜相比，发现PDBB处理的PM6:L8-BO薄膜在633 nm附近出现了更强的负基态漂白峰，表明该D/A 界面处产生了更强的光诱导超快空穴转移过程。此外，在678 nm处还观测到一个更强瞬态斯塔克位移电吸收信号，这说明 CT 态下存在更多的电子-空穴对。TA测试结果表明 ，PDBB 处理 PM6:L8-BO 共混膜后，有利于更多电子-空穴对生成和更多空穴转移，这有助于实现高效超快的自由电荷生成。

　　与其它薄膜相比，PDBB处理PM6:L8-BO薄膜具有最佳D/A形态，实现了更高电荷迁移率，减小了载流子复合损失，增加了载流子抽取。在AM 1.5G（100 mW/cm2）辐照强度下，器件PCE从16.28%（无添加剂）增加为17.82%（ODBB）、18.17%（MDBB）和18.42%（PDBB）。本研究为筛选简单异构化添加剂及设计复杂共轭骨架和支链的异构化给体和受体提供了指导性作用。

　　本文提出一种简单的位置异构添加剂策略，通过改变与非富勒烯受体分子间的非共价相互作用，微调给体-受体分子堆积形态和相分离程度。理论和实验研究表明，对称结构添加剂可以赋予活性层分子更好的空间分布和π-π堆积取向，实现了最佳光伏器件性能，同时该结论也适用于其它 Y 系列非富勒烯体系，具有广泛的普适性。这项工作强调了异构添加剂的筛选和设计对增强OSC光伏性能起到关键作用，表明简单低成本异构化添加剂策略将是进一步提升OSCs效率更切实可行的方法之一。

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