路新慧&朱海明&迟伟杰JMCA:新型非富勒烯受体，高沸点溶剂处理的二元有机太阳能电池的效率达到17.4%

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前言回顾

设计新型高性能非富勒烯受体（NFAs）是有机太阳能电池（OSCs）发展的关键驱动力，越来越多的研究聚焦于此。此外，为了促进OSCs的最终产业化，需要考虑加工溶剂的沸点。目前，实验室制备的大多数高性能器件的加工溶剂为氯仿（CF），但由于CF沸点较低而且易挥发，同时也易分解为高腐蚀性气体，因此其不适合大规模工业化。同时，工厂在印刷大面积OSCs器件时对溶剂的润湿性、粘度和蒸发速度都有要求，旨在形成具有期望厚度的均匀薄膜。最后，印刷薄膜的结晶行为、体积和表面形态可能与旋涂技术制成的薄膜也非常不同。研究发现，高沸点溶剂（HBPSs）不仅具有更合适的粘度以形成均匀的膜，而且可以有效改善大面积活性层的形态。因此，开发适用于HBPSs制备的新型高性能NFAs对于OSCs的大规模生产发展是非常重要的。

图1. 分子结构、基本性质以及分子间相互作用能

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文献简介

有鉴于此，近日，香港中文大学路新慧教授、浙江大学朱海明研究员、海南大学迟伟杰教授等研究团队通过L8-BO的端基氯化，设计并合成了一种新型NFA：BOEH-4Cl。在此之前，研究人员通过密度泛函理论（DFT）系统地计算了BOEH-4Cl的结构和电子性质。结果表明，BOEH-4Cl比L8-BO具有更小的电子重组能和更低的激子库仑能，这有利于激子解离和电荷传输，从而减少能量损失。值得注意的是，在合成出BOEH-4Cl之后，对于该分子的光吸收、能级和电荷传输特性方面，实验结果与计算结果非常吻合。

图2.光谱数据与光伏性能

当与聚合物给体PM6匹配时，以氯苯（CB）作为处理溶剂，基于BOEH-4Cl的铸态器件获得了16.5%的最佳PCE，而基于PM6/L8-BO的铸态器件仅获得了15.5%的PCE。为了进一步优化共混膜的形态并提高器件性能，研究人员随后采用0.3%（v/v）的1,8-二碘辛烷（DIO）作为溶剂添加剂。值得注意的是，基于BOEH-4Cl的优化器件的最佳效率为17.4%，是经HBPSs处理的二元OSCs器件的最高效率之一。相比之下，经HBPSs处理的基于L8-BO器件的开路电压、短路电流密度和填充因子均有所降低。这些结果显示，HBPSs加工可以对BOEH-4Cl的形态进行有利调控，具有大规模生产的巨大潜力。此外，这项工作表明，通过低成本的理论化学计算可以加速开发新型高性能NFAs。

图3. 瞬态吸收光谱与电致发光外量子效率数据

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文献总结

综上，该工作不仅开发了一种新型高性能NFAs，同时也为OSCs的大规模工业化生产提供了新策略。相关研究成果最新发表于国际著名期刊《Journal of Materials Chemistry A》上，题为“Computational Chemistry-Assisted Design of Non-Fullerene Acceptor Enables 17.4% Efficiency in High-Boiling-Point Solvent Processed Binary Organic Solar Cells”。文章的共同第一作者是香港中文大学蔡贵龙博士以及浙江大学博士研究生陈增。

本文关键词：有机太阳能电池，非富勒烯受体，器件工程，产业化。

转自：“有机光电前沿”微信公众号

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