EES:微調非富勒烯受體上側鏈取向促進OSC效率高達17.7%

2021-01-08 知研光電材料

非富勒烯受體（NFA）由於其高度可調的形態與光電特性，已成為有機太陽能電池（OSC）領域中最重要的研究主題之一。 最近，Y系列NFA的飛速發展使OSC領域發生了巨大轉變，製備的相應器件效率現已超過17%。值得注意的是，在Y系列NFA的各種化學修飾中，側鏈修飾是一種靈活而通用的策略，主要用於控制分子間的堆積，材料的共混膜形態和可加工性。然而，當前Y系列NFA的側鏈修飾主要集中在側鏈的長度，形狀或分支位置的變化上，關於側鏈取向的研究報導還比較少。

近日，香港科技大學顏河教授團隊&四川大學彭強教授團隊合作報導了側鏈取向對NFA與OSC性能的影響，研究人員通過改變連接在中心核上的苯環上的側鏈取代位置，合理地設計和合成了命名為o-BTP-PhC6，m-BTP-PhC6和p-BTP-PhC6的三種異構NFA，並系統地研究了側鏈取向對其光電和分子聚集性質的影響。研究結果發現，相對於垂直方向的o-BTPPhC6和水平方向的p-BTP-PhC6，m-BTP-PhC6的己基鏈顯示出「傾斜」方向。由於這種獨特的取向，m-BTPPhC6在三種異構體中表現出最有序的分子間堆積，進而提高了電子遷移率。PTQ10：mBTP-PhC6的適當相分離和增強的分子堆積可以有效地抑制電荷複合並改善電荷傳輸，這對器件的JSC和FF有利。當該分子與PTQ10混合時，基於m-BTP-PhC6的設備的PCE達到17.7％，明顯優於基於o-BTP-PhC6（16.0%）和p-BTP-PhC6的（17.1%）的器件，這也是目前基於PTQ10的非富勒烯OSC器件的最佳值。所有這些結果表明，微調側鏈的方向在改變Y系列NFA的分子間聚集特性中起著至關重要的作用。該項工作突出了側鏈定向的重要性，並為高性能NFA的設計提供了替代方法，也為進一步製備更高效率OSC提供了新策略。

相關研究成果發表在國際材料與能源領域頂級期刊《Energy & Environmental Science》上，題為「Fine-tuning of Side-chain Orientations on Nonfullerene Acceptors Enables Organic Solar Cells with 17.7% Efficiency」。

文獻地址：

https://doi.org/10.1039/D0EE03506H

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