南理工/厦大唐卫华团队Small:新型非稠环电子受体，有机太阳能电池效率超12%

发表时间：2022-05-30 10:24作者：知研光电材料

导语：研究人员设计并合成了四种基于二噻吩环戊二烯（DTC）或二噻吩并吡咯（DTP）结构的简单非稠环电子受体，最高器件效率高达12.17%。南理工/厦大唐卫华团队Small:新型非稠环电子受体，有机太阳能电池效率超12%

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1.前言回顾

近年来，通过材料创新和器件优化的结合，单结有机太阳能电池（OSCs）的光电转换效率（PCE）已经超过19%。这一里程碑式的突破主要归功于稠环电子受体（FREAs）如Y6等的蓬勃发展，其特点是高度共轭的主体结构和平面度。然而，复杂的合成和繁琐的器件后处理严重阻碍了OSCs的商业化发展。因此，非稠环受体（UFAs）成为OSCs领域新兴的研究热点。与刚性FREAs相比，UFAs采用分子内非共价相互作用（O···S、O···H、S···N等），从而确保其共面主结构具有高载流子迁移率。目前，大多数高效OSCs取决于器件优化，包括添加剂的使用、热溶液或热旋涂以及热退火。然而，一些添加剂可能会造成环境污染，而热退火和热旋涂可能会增加能耗和工艺复杂性。因此，探索高性能UFAs对铸态OSCs的要求很高，对其结构设计非常值得探索。

图1.四种UFAs的分子结构

2.文献简介

基于上述的因素，近日，南京理工大学/厦门大学唐卫华教授研究团队报道了四种基于二噻吩环戊二烯（DTC）或二噻吩并吡咯（DTP）结构的简单UFAs：DDTC-4F、DTCBT8-4F、DDTP-4F、DTPBT8-4F，它们具有对称或不对称的结构，从而可以用于探索π桥单元和分子框架之间的协同效应，用于高效铸态OSCs。与非对称UFAs相比，对称UFAs表现出红移吸收和更窄的带隙。当与宽带隙聚合物给体PBDB-T共混时，基于DDTC-4F的共混膜形成更均匀的相分离形态和更大的相尺寸，并且具有清晰的网状结构，有利于实现高效的电荷传输。因此，基于PBDB-T:DDTC-4F的铸态器件开路电压（VOC）为0.88 V、短路电流密度（JSC）为21.76 mAcm-2，填充因子（FF）为63.57%，PCE高达12.17%。

图2.四种分子的构型

然而，基于非对称DTCBT8-4F的器件FF则低得多，仅为52.70%，因而PCE为9.81%。与采用DTC单元的UFAs相比，基于DTP结构的非对称DTPBT8-4F的器件最佳PCE为11.92%，而基于对称DDTP-4F的器件PCE仅为8.59%，这主要归因于其非常高的相容性和较差的相分离。据悉，12.17%和11.92%的PCE是基于UFAs的铸态OSCs器件的效率最高值。因此，这些结果也表明，DTC和DTP都可以作为π桥单元来构建最佳的分子框架，在设计高效的UFAs方面具有非常大的应用潜力。

图3.器件的光伏性能比较

3.文献总结

综上，该工作不仅开发出高性能的基于UFAs的铸态OSCs器件，同时也从分子设计方面阐述了分子构象对于光电性能的影响。相关研究成果最新发表于国际著名期刊《Small》上，题为“Unfused Acceptors Matching π-Bridge Blocks with Proper Frameworks Enable Over 12% As-Cast Organic Solar Cells”。

本文关键词：有机太阳能电池，非稠环受体，分子构型，非对称。

4.材料推荐