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北理工王金亮&安桥石Angew：双不对称策略助力二元硒代有机太阳能电池效率超过18%导语：新一代基于Y系列小分子受体（SMAs）的有机太阳能电池（OSCs）由于其在近红外区域的更强吸收、优异的分子间堆叠和合适的形态，因而可以获得优异的填充因子（FF）、短路电流密度（JSC）和开路电压（VOC），这将二元OSCs的PCE提高到18%以上。 更多光电前沿资讯和材料，可关注微信公众号“有机光电前沿”与“知研光电材料”。文中所涉及众多材料知研均有销售，详情请联系客服。北理工王金亮&安桥石Angew：双不对称策略助力二元硒代有机太阳能电池效率超过18% 文献直通车请点击链接。如需文献PDF，可直接联系知研客服获取。 北理工王金亮&安桥石团队Angew:无区域异构端基六卤化小分子受体制备高效有机太阳能电池 北理工王金亮&安桥石团队ACS Energy Lett.:新型无规三元共聚物给体，效率18.28%！ 北理工王金亮&安桥石团队AFM:同源不对称-对称受体共建高效三元有机太阳能电池 北理工王金亮&安桥石团队EES:具有杂二卤代端基的非富勒烯受体，效率17.5%！ 王金亮&李永舫团队ACS AMI:有机太阳能电池含硒受体分子异构化对性能影响 1.前言回顾 新一代基于Y系列小分子受体（SMAs）的有机太阳能电池（OSCs）由于其在近红外区域的更强吸收、优异的分子间堆叠和合适的形态，因而可以获得优异的填充因子（FF）、短路电流密度（JSC）和开路电压（VOC），这将二元OSCs的PCE提高到18%以上。因此，开发新型SMAs是实现用于商业化应用的高性能OSCs最重要途径之一。然而，如何利用分子工程来精确调节分子间晶体的堆积和进一步优化膜的形态仍然面临着巨大的挑战。 从化学结构设计的角度来看，SMAs的优化可以通过使用独特的给电子中心核、开发适当的缺电子端基和调节不同的侧链来实现。Y系列SMAs的双噻吩β位的外链修饰可以显著调节中心核和端基之间的扭转角，这极大地影响了整体的分子构象、晶体和光伏性能。另一方面，具有不对称结构策略的Y系列SMAs可能在结晶度和溶解度之间能够实现微妙的平衡，目前也已逐渐引起研究人员极大关注。另一方面，硒吩的引入是一种有效的分子设计策略，可以优化小分子的光电特性并提高SMAs的器件性能。目前，人们也已经开发了各种类型基于硒吩的SMAs，并取得了优异的性能。然而，与许多基于噻吩的受体相比，基于硒吩的SMAs数量仍然较少，因此，为了丰富该种SMAs类型并提高其OSCs性能，必须将基于硒吩的不对称中心核工程和不同的烷基链策略相结合，从而系统地了解这种双不对称中心结构对分子的光电行为、晶体堆积顺序、纯膜和混合膜的形态、以及最终器件性能的影响。
图1.两种新型受体分子的合成路线 2.文献简介 为了解决这些问题，在不改变烷基链总长度的情况下，近日，北京理工大学王金亮教授、安桥石特别研究员团队设计并合成了一对A-D1A′D2-A型双不对称异构体（AYT11Se9Cl和AYT9Se11Cl，其具有相同的苯并噻二唑作为A’单元和两个缺电子端基作为A单元，但同时具有两个不同的基于硒吩和噻吩的不对称D1A′D2中心核，并且分别在中心单元中最外侧的硒吩环/噻吩环处连接有n-壬基和n-十一烷基链。基于此，研究人员全面探讨了两种不对称区域异构体的光电行为、详细分子间填充的单晶结构、与聚合物给体PM6的共混形态以及相应OSCs的性能的影响。
图2.两种受体分子的单晶结构与π-π堆积 晶体学分析表明，与AYT11Se9-Cl相比，硒吩β位上具有较长n-十一烷基链的AYT9Se11-Cl形成了更紧密和有序的分子间堆积，因而具有额外的非共价相互作用。尽管这些双不对称异构体在纯膜中具有相似的吸收和HOMO/LUMO能级，但AYT9Se11-Cl在纯膜表现出更有效的电荷传输行为，以及更高的电子迁移率。此外，与PM6:AYT11Se9Cl相比，PM6:AYT9Se11-Cl共混膜具有更强的结晶度和更好的形态，以及更清晰的取向面和更合适的相分离，这与增加的电子-空穴迁移率以及抑制的电荷复合有关。因此，基于PM6:AYT9Se11-Cl的器件实现了18.12%的高PCE，高于基于PM6:AYT11Se9-Cl的器件PCE（17.52%）。
图3.不同器件光伏性能比较 3.文献总结 综上，这项工作证明，基于不对称硒吩以及外部不对称烷基链的区域异构是一种协同和实用的方法用于开发高性能SMAs，不仅可以调节分子间聚集、晶体填充和混合膜形态，而且能进一步提高相应OSCs器件性能。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》上，题为“Double Asymmetric Core Optimizes Crystal Packing to Enable Selenophene-based Acceptor with Over 18% Efficiency in Binary Organic Solar Cells”。 本文关键词：有机太阳能电池，小分子受体，不对称结构，侧链修饰。 4.材料推荐
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L8-BO |
