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中科院化学所易院平团队Angew:有机光伏稠环受体中稠合模式和缺电子核的内在作用

发表时间:2022-05-30 10:36作者:知研光电材料
导语:研究人员系统地研究了A-DA'D-A型受体如Y6中不同稠合模式以及缺电子核对其光电性能影响。中科院化学所易院平团队Angew:有机光伏稠环受体中稠合模式和缺电子核的内在作用
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1.前言回顾
A-DA'D-A型非富勒烯受体如Y6等使得有机光伏(OPVs)器件效率提高到19%以上,引起了广泛关注。目前,越来越多的人探索这类受体分子突出性能背后的机制。事实上,与A-D-A型受体相比,A-DA'D-A型受体最显著的结构变化是在中央给电子单元中引入了一个缺电子核。其次,这类分子采用角度稠合模式,呈现弯曲的香蕉状结构。这些结构演变使A-DA'D-A型受体具有优越的分子堆积和改进的分子取向,从而产生强的近红外吸收、小的激子结合能、长的激子扩散长度和高的电子迁移率。然而,缺电子核和角度稠合模式的内在作用尚未完全了解。

图1.研究分子的结构


2.文献简介

为了阐明A-DA'D-A型受体中缺电子核和稠合模式的潜在影响,近日,中科院化学研究所易院平研究员团队系统地研究和比较了Y6及三种不同结构分子(o-BP、m-BP和p-BP)的电子、光学以及激发态动力学。其中,o-BP保留了与Y6相同的角度稠合模式;p-BP采用了A-D-A型的线性稠合模式;而m-BP则展示了一种新的线性稠合模式,其具有顺式构型的两个吡咯结构。结果表明,从p-BP到o-BP,HOMO能级降低并变得更多离域,而LUMO能级略有增加并变得更少离域。与o-BP相比,加入缺电子核后,Y6中的HOMO和LUMO能级均降低,LUMO离域恢复。因此,Y6相对于p-BP和o-BP分别表现出增强和红移的光吸收。

图2.四种分子的前线轨道与能级


此外,改变线性到角度稠合模式可以大大减少基态、激发态和阴离子态之间所有跃迁的电子振动耦合。因此,与p-BP相比,Y6的激子扩散、激子离解和电子传输过程同时得到加速。特别是,引入缺电子核可以进一步促进激子离解过程。此外,缺电子核的加入可以产生更多的正静电势表面,这有利于稳定电子和破坏空穴,从而促进电荷分离。这些发现提供了对A-DA'D-A型受体优异性能的分子机制的深入了解,并将有助于进一步提高OPVs器件的效率。

3.重组能计算


3.文献总结
综上,该工作阐明了不同稠合模式以及缺电子核对非富勒烯稠环受体的光电性能影响,相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》上,题为“The Intrinsic Role of the Fusion Mode and Electron-Deficient Core in Fused-Ring Electron Acceptors for Organic Photovoltaics”。
本文关键词:有机光伏电池,稠环受体,缺电子核,稠合模式。
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