設計新型小分子受體的核心單元以提高有機光電器件效率

2020-08-28 知研光電材料


了解下一代小分子的化學結構將是提高有機光伏（OPV）性能的關鍵步驟；OPV的小分子不僅決定光吸收的程度，還決定其形態，小分子受體的核心單元的結構變化，在保持相同的末端基的情況下，對其光電結構、分子有序性、與聚合物給體共混物的形態以及它們的光伏性能都有影響。

臺灣新竹交通大學的王浩成教授和桃園核能研究所的龔華煒教授等人以PTQ10為給體，採用四種具有氯化封端基團的受體：ID-4Cl、IT-4Cl、m-ITIC-OR-4Cl和Y7製備了OPV器件。改變核心單元會影響聚合物PTQ10的疇尺寸。


Y7採用梯形中心對稱稠環結構，骨架上帶有烷基鏈和TPBT核心單元的氮原子，取代了sp3雜化碳主鏈為烷基鏈，用氮原子取代IDT和IDTT核的sp3雜化碳原子，從而提高PTQ10聚合物的結晶度，使其產生更多具有更好混溶性和更大界面面積的激子。

PTQ10：Y7共混物顯示出卓越的性能，有助於更有效的電荷分離，更寬的光吸收範圍和更高的吸收係數，所有這些都有助於提高光子利用率。這種混合物顯示出很強的ICT特性，基於PTQ10:Y7的器件在我們測試的體系中實現了最高的PCE（14.5%）。


這種增強可以歸因於（1）Y7的S，N-雜芳烴梯形稠環核的共軛程度更高，從而改善了短路電流密度，（2）sp2雜化氮側鏈對Y7面面排列方向的誘導和較小的疇尺寸的影響，（3）能量損失更小。本研究揭示了核心結構對器件性能的重要性，為OPV新材料的設計提供了指導。

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