有机太阳能电池（OSC）具有成本低、重量轻、工艺温度低、柔性等优点，被认为是目前最有前途的第三代薄膜光伏技术之一。由于富勒烯衍生物光吸收较弱、结构功能化有限、容易过度聚集等问题，以富勒烯为受体材料的OSC发展遇到瓶颈。近年来，大量新型非富勒烯受体（NFA）的出现使得OSC的光电转化效率飞速提升。其中，苝二酰亚胺（PDI）具有强的光谱吸收、合适的电子能级、高的电子迁移率、优异的稳定性和较低的合成成本等优点，成为最具吸引力的有机小分子受体材料之一。但PDI具有较大的平面共轭结构，容易聚集成大尺寸晶体，导致体异质结薄膜产生严重的相分离，不利于光生载流子的分离与传输，严重影响太阳能电池的光电转化效率。

扭曲六苯并蔻（c-HBC，图1a）及其衍生物具有高度共轭的分子结构、较强的π-π堆积能力、高的载流子迁移率以及优异的自组装能力，在有机电子领域的潜在应用。然而十几年来，关于c-HBC在OSC中的研究非常有限。基于c-HBC衍生物制备的OSC仅有几例，且都性能不佳。究其原因，一方面，c-HBC的光谱吸收太窄，最大截止吸收波长甚至不到500 nm，不能高效利用太阳光子，造成大量能量损失。另一方面，c-HBC分子的过度聚集使得光活性层产生过大的相分离，不利于载流子的高效分离和传输。

为解决上述问题，上海师范大学肖胜雄教授课题组以c-HBC单元为核心，将四个PDI单元以共价键连接的方式环绕在c-HBC外围，设计合成了一种具有四叶三维空间构型的共轭分子HBC-4-PDI。与以往报道的其他c-HBC衍生物相比，HBC-4-PDI在可见光区域的光谱吸收明显拓宽并增强，最大截止吸收波长延长至646 nm，可以更有效地利用太阳光子。吸电子单元PDI的引入降低了整个分子的最高占据分子轨道（HOMO）和最低未占分子轨道（LUMO）电子能级，使HBC-4-PDI成为一种理想的电子受体材料，可以很好地与多种苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩（BDT）基聚合物给体材料相匹配。此外，三维空间构型的设计有效降低了c-HBC和PDI各自的强自聚集特性，有助于给受体材料共混膜形成适度尺寸的纳米相分离，从而促进载流子的分离和运输。以HBC-4-PDI作为NFA材料制备的OSC获得了高达1.06 V的开路电压和最高2.70%的光电转化效率，与先前报道的c-HBC基NFA材料相比提升一倍以上。该研究工作提供了一种具有三维空间构型的c-HBC基NFA材料的设计思路，并展示其在有机光伏中良好的应用前景。