中科院大学黄辉教授团队《Adv. Funct. Mater.》：低成本、高性能有机太阳能电池受体材料的新进展

点击蓝字关注我们

近年来，溶液可加工的体异质结有机太阳能电池发展迅猛。随着稠环电子受体（以ITIC和Y6为代表）的出现，单节有机太阳能电池的最高光电转换效率（PCE）日前已达19%。然而这类受体材料含有一个高稠合度的芳香（杂）环，其合成路线通常较为复杂，合成成本较高。

中国科学院大学材料科学与光电技术学院的黄辉课题组在《Advanced Functional Materials》期刊上发表了题为“Simple Nonfused-Ring Electron Acceptors with Noncovalently Conformational Locks for Low-Cost and High-Performance Organic Solar Cells Enabled by End-Group Engineering”的文章（DOI：10.1002/adfm.202108861）。为了进一步降低受体材料的合成成本，该课题组设计了一系列以苯和噻吩作为分子骨架中主要构筑单元的电子受体材料PhO4T-1，PhO4T-2和PhO4T-3，合成路线大幅缩短，合成成本显著降低。同时，在这类结构简单的受体中还引入了S···O“构象锁”，可以有效地对平面构象进行“锁定”，增强分子骨架的共平面性。研究人员进一步选择聚合物给体材料PBDB-T与上述结构简单的电子受体共混制备有机太阳能电池器件。最终结果表明，基于PhO4T-3的光伏器件PCE可以达到13.76%，这是当前基于简单结构电子受体有机太阳能电池器件的最高效率之一。

值得一提的是，这一系列材料均使用价格低廉的2,3-二溴噻吩作为起始原料，同时整个合成路线避免使用毒性较大的Stille交叉偶联反应。因此，相对于经典的高性能稠环电子受体（IT-4F，Y6，M34等），PhO4T-3具有较大的品质因子（即FOM值，等于合成复杂度指数与光电转化效率的比值）。这一最新成果进一步展现了非共价“构象锁”在低成本、高性能电子受体材料设计方面具有明显优势和潜力。

图1. 代表性NREAs-I和NREAs-II型非共价稠环电子受体。

图2. 三个受体材料的紫外-可见吸收光谱图（a，溶液；b，薄膜），能级示意图（c）以及DFT优化构型图（d）。

图3. 三个体系的J-V曲线（a），EQE响应曲线（b），光电流-有效电压图（c）,光强依赖的J_sc（d）和V_oc（e）图，以及三个材料EL和EQE曲线图（f-h）。

图4. 纯膜和混合膜的掠入射广角x射线衍射图。

图5 代表性稠环电子受体和PhO4T-3的FOM值。

相关链接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202108861 

相关进展

化学与材料科学原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：[e-mail]

扫二维码｜关注我们

微信号 : Chem-MSE

诚邀投稿

欢迎专家学者提供化学化工、材料科学与工程产学研方面的稿件至[e-mail]，并请注明详细联系信息。化学与材料科学®会及时选用推送。