国家纳米科学中心吕琨&朱凌云EES：非富勒烯受体中心和末端单元的选择性卤化能够增强分子堆积和光伏性能

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前言回顾

有机太阳能电池（OSCs）因其溶液可加工性、重量轻、半透明和灵活性而被视为最有前途的下一代光伏技术之一。目前，单结OSCs的功率转换效率（PCE）已经超过19%，这主要得益于高性能光伏材料的出现以及器件工程的进步。其中，以Y系列材料为代表的非富勒烯受体（NFAs）在化学结构、光学性质、能级和分子间堆叠行为方面表现出较高的可调性，这对提高器件性能起着至关重要的作用。尽管在NFAs的化学修饰方面付出了巨大的努力，但如何进行合理的结构设计来精确地调控分子堆积，并平衡开路电压（VOC）、短路电流密度（JSC）和填充因子（FF）之间的限制，仍然是一个巨大的挑战。

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文献简介

NFAs上的卤化（例如氟化和氯化）已被证明是提高分子光伏性能的有效方法，近日，国家纳米科学中心吕琨研究员、朱凌云研究员等人设计并合成了一组A-DA’D-A型NFAs（Qx-o-4F、Qx-m-4F、Qx-p-4F和Qx-p-4Cl），该类分子具有三个异构体（邻位、间位和对位）的氟化中心单元和两个不同的卤化端基，基于此不仅系统地研究了卤化对分子堆积的影响，而且进一步提高了OSCs的性能。理论计算和实验结果表明，中心氟原子的取代位置可以显著改变物理化学性质，特别是局部偶极矩，导致不同的分子堆积模式，从而影响相关器件的性能，其中多氟NFA显示出优异的电荷产生和传输。

此外，端基氯化进一步拓宽了吸收光谱并优化了分子聚集，从而增加了JSC并减少了能量损失，这有助于最大限度地减少JSC和VOC之间的权衡。因此，当与给体PM6混合时，具有多氟中心单元和氯化端基的Qx-p-4Cl实现了18.06%的最佳PCE，VOC为0.879 V，JSC为25.63 mA cm-2，FF为80.17%，这些结果主要归因于有序的分子堆积和有利的膜形貌，从而实现有效的电荷传输。此外，通过用自组装单层2PACz取代PEDOT:PSS时，基于PM6:Qx-p-4Cl的器件最佳PCE进一步提高到18.78%。

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文献总结

综上，该工作揭示了中心单元和端基同时卤化在调节分子堆积行为中的重要作用，并为高性能OSCs提供了新的策略。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Energy & Environmental Science》上，题为“Selective halogenation of central and end-units of nonfullerene acceptors enables enhanced molecular packing and photovoltaic performance”。

本文关键词：有机太阳能电池，非富勒烯受体，卤化策略，分子堆积。

转自：“有机钙钛矿光电前沿”微信公众号

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