山东大学高珂团队CEJ：具有不对称端基的卟啉类给体使全小分子有机太阳能电池的效率达到16.31%

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前言回顾

有机太阳能电池（OSCs）作为新一代光伏应用，在过去几十年中取得了显著的进展。目前，全小分子有机太阳能电池（ASM OSCs）显示出优异的商业潜力，这主要归功于其明确的分子结构和小分子材料不同批次之间的良好重现性。目前，最先进的ASM OSCs已经实现了超过18%的功率转换效率（PCE）。然而，小分子给体（SMDs）和非富勒烯受体（NFAs）具有相似的化学结构，这给它们的共混膜形态优化带来了困难，从而限制了ASM OSCs的发展。

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文献简介

受非对称策略在NFAs分子设计中的成功启发，近日，山东大学高珂教授、阚媛媛副研究员、孙延娜助理研究员等人设计并合成了两种不对称和对称的SMDs，Por-DPP-TR和PTR，二者都以卟啉单元作为给体核心单元，前者含有不对称吸电子基团，后者含有对称吸电子基团。研究发现，Por-DPP-TR呈现出强结晶度，这可能是由于不对称共轭主链上的大偶极矩，从而导致分子之间的相互作用得到改善，而强结晶有助于在活性层中形成更有序的分子堆叠。当以6TIC作为受体时，基于Por-DPP-TR的器件获得了13.28%的PCE。然而，由于电荷复合程度更高和不利的迁移率，基于PTR的器件仅获得了7.82%的PCE。

此外，为了进一步优化活性层的形态，研究人员还引入了ZnP-TSEH并制备了相应的三元器件。ZnP-TSEH和Por-DPP-TR都是基于卟啉的小分子，这表明可能二者具有优异的混溶性，并且三元活性层中的相分离和分子堆叠都得到了很好的调节。三元器件最终获得了16.31%的PCE。据悉，16.31%是ASM OSCs器件的最高PCE之一。线性增加电压的光诱导电荷载流子提取测试表明，三元器件具有更有效的载流子转移。形貌测试表明，在三元活性层中形成了合适的相分离和改进的堆叠模式，并解释了短路电流密度（JSC）和填充因子（FF）的增强。研究人员从分子结构、形貌分析、物理机理和光电性能等多个维度研究了不对称结构对光伏性能的影响。

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文献总结

综上，该工作不仅阐明了分子结构与光伏性能之间的相关性，而且通过分子设计和器件工程的协同效应，提出了一种制备高效ASM OSCs的简单策略。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Chemical Engineering Journal》上，题为“Porphyrin-based donor with asymmetric ending groups enables 16.31% efficiency for ternary all-small-molecule organic solar cells”。

本文关键词：有机太阳能电池，小分子给体，全小分子太阳能电池，分子堆积。

转自：“有机钙钛矿光电前沿”微信公众号

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