宁波材料所葛子义团队AEM：硒取代不对称受体通过调节分子堆叠和相分离使二元有机太阳能电池效率达到18.3%以上

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前言回顾

有机太阳能电池在柔性、半透明和低成本方面具有广阔的发展前景。得益于有机共轭分子设计和器件结构工程等方面的探索，单结OSCs的功率转换效率（PCE）超过19%，这在未来的实际应用中显示出巨大的潜力。对于A–DA’D–A型骨架NFAs，Y6及其衍生物由于其多样的化学修饰位置和精细的分离形态特征，在结构修饰方面引起了人们的广泛关注，尤其是目前已经开发出一系列高性能的不对称分子。通常，不对称非富勒烯受体（As-NFAs）表现出更大的偶极矩和更强的结合能，导致分子内电荷转移和分子间相互作用增加。通过采用不对称结构策略，可以大规模调节As-NFAs的光物理性质，不仅包括吸收能力和范围、能级、与给体的混溶性，还包括分子堆积和载流子传输性质。使用不对称几何分子作为受体，最近有研究报道了基于PM6:As-NFAs的器件的二元OSCs的高PCE超过18%，而基于D18:As-NFAs的器件性能仍然落后。

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文献简介

有鉴于此，近日，中科院宁波材料所葛子义研究员团队设计并合成了两种硒取代的As-NFAs，AsymSSe-2F和AsymSSe-2Cl，并以此系统地研究了不对称几何结构、硒原子取代和端基卤化的协同效应。与对称的Y6相比，AsymSSe-2F和AsymSSe-2Cl表现出更紧密的平面几何结构、红移吸收、降低的光学带隙、增强的分子内电荷转移和更紧密的π–π堆积的组合特性，这主要是由于Se···O分子内非共价相互作用和Se···Se分子间相互作用的增强。此外，当与宽带隙聚合物给体D18共混时，基于AsymSSe-2F的器件产生了18.31%的高PCE，并且具有27.44 mA cm-2的改善JSC和79.46%的优异FF，优于基于Y6（PCE为17.92%）和AsymSSe-2Cl（PCE的17.68%）的器件。

为了研究基于D18:As-NFAs的光伏器件的独特性能关系，研究人员对激子和电荷动力学、混溶性实验和形貌表征进行了研究。值得注意的是，在已经报道基于硒取代的As-NFAs的OSCs中，很少有报道将这类受体与聚合物给体D18结合，18.31%的PCE在该类二元BHJ OSCs中排名第一。这些结果表明，不对称几何结构和硒原子取代的协同修饰，以及合适的端基卤化选择，是通过调节近红外吸收、分子堆积和形态特征来获得高性能NFAs的有效方法。

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文献总结

综上，该工作表明，不对称几何结果和硒取代的协同策略为未来高性能OSCs的受体设计提供了新的方法。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Advanced Energy Materials》上，题为“Selenium-Substitution Asymmetric Acceptor Enables Efficient Binary Organic Solar Cells over 18.3% via Regulating Molecular Stacking and Phase Separation”。

本文关键词：有机太阳能电池，非富勒烯受体，不对称结构，分子堆积。

转自：“有机钙钛矿光电前沿”微信公众号

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