北师大&青大Adv. Mater：用于有机太阳能电池的卤化非稠环电子受体，效率超过 17%，创历史新高

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前言回顾

有机太阳能电池（OSCs）因其非凡的灵活性、轻便性和可穿戴性而备受关注。其功率转换效率（PCE）已超过19%，这也预示着OSCs具有成为清洁能源的潜力。目前，稠环电子受体（FREA）如ITIC、Y6及其衍生物在OSCs中起着主导作用。然而，由于FREA的合成方法相对复杂且产物产率低，从FREA中实现具有成本效益的OSCs仍然具有挑战性。与稠环受体相比，非稠环受体（NFREA）具有相对直接的合成路线。因此，通过简化复杂的合成路线以及提高产量，NFREA可以降低OSCs的成本。同时，可调谐结构提供了从堆叠、可加工性到光电行为等方面的NFREA定制特性。因此，NFREA成为以低生产成本制造高性能OSCs的一种有前途的替代品。

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文献简介

基于此，北京师范大学化学学院的李翠红、薄志山和青岛大学纺织服装学院的刘亚辉、刘玉强等人利用卤化的概念，有目的地设计和合成了三种非富勒烯环电子受体（NFREA），即3TT-C2-F、3TT-C2-Cl和3TT-C2。其中，通过将F原子或 Cl原子掺入分子结构（3TT-C2-F和3TT-C2-Cl），增强了π-π堆积，提高了电子迁移率，调节了共混膜的纳米纤维形态，从而促进了激子离解和电荷输运。特别地，基于D18:3TT-C2-F的共混膜表现出了高电荷迁移率、延长的激子扩散距离和良好形成的纳米纤维网络。最终，器件的功率转换效率（PCE）达到17.19%，超过了3TT-C2-Cl（16.17%）和3TT-C2（15.42%）。据他们所知，这是迄今为止基于NFREA的器件所能实现的最高效率。

图1. 紫外-可见吸收曲线: (a)在氯仿溶液中; (b)作为薄膜; (c) 3TT-C2-F、3TT-C2-Cl和3TT-C2的能带图

图2. 通过DFT计算获得的3TT-C2-F、3TT-C2-Cl和3TT-C2的简化化学结构的模拟分子几何结构

图3. 基于3TT-C2-F、3TT-C2-Cl和3TT-C2的器件的性能和光电特性

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文献总结

总之，该课题组设计并使用了三种卤化NFREA 3TT-C2-F、3TT-C2-Cl和3TT-C2来制造低成本、高效率的有机太阳能电池。与非卤化受体3TT-C2相比，氟化和氯化受体（3TT-C2-F和3TT-C2-Cl）表现出更强的结晶度、更短的π-π堆积距离和更长的激子扩散长度。特别是D18:3TT-C2-F共混膜可以形成更好的相形态、更高的电荷传输迁移率和更低的电荷复合。最终，基于3TT-C2-F的OSCs获得l了17.19%的冠军PCE，这也是基于NFREA的器件的创纪录PCE。总之，该研究结果表明，通过精心设计的卤化方法可以实现低成本和高效的NFREA。相关研究成果最新发表于国际知名期刊《Advanced Materials》上，题为“Halogenated Nonfused Ring Electron Acceptor for Organic Solar Cells with a Record Efficiency of Over 17%”。

本文关键词：有机太阳能电池；非氟环电子受体；卤素原子；功率转换效率

转自：“有机钙钛矿光电前沿”微信公众号

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