新型ThPy基小分子受体 → 出色的非富勒烯有机太阳能电池 | NSR

海归学者发起的公益学术平台

分享信息，整合资源

交流学术，偶尔风月

近日，深圳大学杨楚罗教授团队联合香港科技大学颜河教授团队首次以新型的噻吩并[3,2-b]吡咯（ThPy）为构建单元，发展了四种新的A-D-A 型非富勒烯小分子受体（ThPy1、ThPy2、ThPy3和ThPy4），由此制备的有机太阳能电池器件具有低能损、高性能等优点，具有应用潜力。     

ThPy1、ThPy2、ThPy3和ThPy4的分子设计策略

开发新型非富勒烯小分子受体（SMA）对于实现高性能有机光伏器件具有特别重要的意义。迄今为止，几乎所有 SMA 的含氮结构单元都是由单环吡咯或三环二噻吩并[3,2-b:2',3'-d]吡咯（DTP）组成，而双环噻吩并[3,2-b]吡咯 (ThPy) 作为结构单元的潜力还很少受到关注。

在该研究设计制备的4种ThPy基SMA中，ThPy1和ThPy4是一对具有中心对称结构的异构体，ThPy2和ThPy3是另一对具有不对称中心核的异构体。每对异构体中，两个分子之间的区别在于中心核中吡咯环的位置：ThPy1 和 ThPy2 中吡咯位于中心核外围，而 ThPy3 和 ThPy4 中吡咯环位于中心核内部。

与对比分子IT-4Cl相比，这4种受体由于吡咯的强给电子能力而表现出吸收红移和前沿轨道能级上移的特征。密度泛函理论(DFT) 计算表明，与ThPy1和ThPy2（N原子在外）相比，IT-4Cl、ThPy3和ThPy4（N原子在里）由于S•••O分子内非共价相互作用表现出相对更小的扭转角，十分有助于改善分子堆积和提高电子迁移率。 

器件结果显示，基于PM6:ThPy3的器件实现了15.3%的器件效率（PCE）和高达77%的填充因子（FF），该效率是基于A-D-A型SMA的有机光伏电池（OPV）的最高值之一。

此外，与基于IT-4Cl的器件相比，基于ThPy的四个受体的器件实现了更高的开路电压和更小的光学带隙，这表明基于ThPy的SMA可以降低器件的能量损失。 

研究者进一步探究了这四种ThPy受体的三元器件性能，结果，具有最低能量损失和最小光学带隙的ThPy4表现出最佳的三元器件性能。基于 PM6:BTP-eC9:ThPy4(1.0:1.1:0.1) 的三元器件的PCE高达18.5%，FF也超过了80%，表明ThPy4在实现高性能三元器件方面具有较大潜力。

J-V曲线，IPCE光谱和能损测试曲线图

该研究以“Heteroheptacene-based acceptors with thieno[3,2-b]pyrrole yield high-performance polymer solar cells”为题在线发表于《国家科学评论》（National Science Review, NSR），深圳大学罗正辉副教授，香港科技大学马睿杰博士生和瑞典林雪平大学虞坚炜博士生为共同第一作者，深圳大学杨楚罗教授、罗正辉副教授和香港科技大学颜河教授和刘焘博士为论文的共同通讯作者。

点击“阅读原文”查看原文。

扩展阅读

 

本文系网易新闻·网易号“各有态度”特色内容

媒体转载联系授权请看下方