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浙大陈红征团队Acc. Mater. Res.:非稠环受体用于高性能、稳定、低成本的有机太阳能电池

发表时间:2022-05-31 11:48作者:知研光电材料
导语:研究人员从分子设计和效率优化、材料成本和稳定性三个主要框架全面总结了该团队在非稠环电子受体方面所做的工作。浙大陈红征团队Acc. Mater. Res.:非稠环受体用于高性能、稳定、低成本的有机太阳能电池
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1.前言回顾
为了有机太阳能电池(OSCs)的未来商业应用,开发高效、稳定和低成本的有机光伏材料就显得尤为重要。基于稠环电子受体(FREAs)的器件效率现已超过19%,但稳定性和成本尚未解决。与FREAs相比,非稠环电子受体(NFREAs)在分子设计上更加灵活。由于通过断裂稠合主链降低了分子内张力,因此它们具有更好的稳定性,并且随着合成复杂性的降低,在成本上具有更多优势。然而,NFREAs面临的主要挑战是相对较低的器件效率(目前约为15%),因此需要更好的分子设计来解决构象单一性和有效的分子堆积问题。

1.一些重要NFREAs的结构与能级


2.文献简介
有鉴于此,近日,浙江大学陈红征教授研究团队从分子设计和效率优化、材料成本和稳定性三个主要框架全面总结了该团队在NFREAs方面所做的工作。首先,在分子设计和效率优化部分,NFREAs中现有的可旋转单键会带来构象不确定性的问题,但可以通过适当的分子设计来解决,还可以通过调节分子的能级、光吸收范围和填充模式,从而获得更高的性能。因此,研究人员从分子骨架优化、末端修饰和侧链工程三个方面讨论了NFREAs的不断进化。在分子骨架的设计中,该团队使用了许多策略,例如利用喹啉效应、引入具有电子推拉效应的官能团以及使用多重构象锁。此外,简化骨架也是首选策略之一。而对于末端基团,所采取的主要修饰策略是调整共轭长度和卤素原子。同时,通过调整侧链以诱导适当的空间位阻,可以固定分子的方向,从而调节分子的堆积模式。

图2.部分NFREAS的分子堆积模式


其次,在材料成本方面,研究人员比较了最先进的FREAs和NFREAs的合成复杂性。由于NFREAs的合成过程减少了复杂的环化反应,因此大大简化了合成路线,并且可以通过三个步骤获得分子。对于稳定性,研究人员从内在材料稳定性、光稳定性和热稳定性的角度分析了可以在NFREAs中使用的策略。最后,他们还总结了NFREAs应该克服的挑战,并提出了NFREA可以实现的前景,希望推动OSCs朝着高性能、稳定和低成本的方向发展。

3.器件稳定性测试



3.文献总结
综上,该工作从不同角度介绍了NFREAs的设计思路,说明了效率、稳定性和成本仍然是OSCs领域面临的三个主要问题,以及对该领域未来的发展加以期盼。相关研究成果最新发表于国际著名期刊《Accounts of Materials Research》上,题为“Design of Non-fused Ring Acceptors toward High-Performance, Stable, and Low-Cost Organic Photovoltaics”。
本文关键词:有机太阳能电池,非稠环受体,分子设计,效率,稳定性。

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