国家纳米科学中心周二军团队Angew：基于苯并三唑的3D四臂小分子助力三元有机太阳能电池效率达到19.1%

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前言回顾

有机太阳能电池（OSCs）由于其重量轻、灵活性、半透明性和溶液可加工性等优点，吸引了大量研究人员的关注与探索，目前相关器件的功率转换效率（PCE）已经突破了19%。除了不断开发高性能的二元OSCs器件之外，研究人员还通过引入第三组分来调节吸收和能级，同时引入的第三组分还可以改善膜形貌以及提高器件效率。由于最终的膜形貌与活性层中组分的相容性有关，第三组分诱导的形貌演变通常表现出体系依赖性。对于某些体系，第三组分可以抑制二元OSCs中的过大结构域，而在其它体系中，第三组分可以提高分子结晶度和堆叠顺序。

非平面多臂结构受体是除平面结构受体外的另一个非富勒烯受体分支，其由一个三维畸变核和多个刚性共轭臂组成。中心核决定了目标分子的几何构型，包括星形、十字形、螺旋结构等。伸展的共轭臂主要集中在具有强聚集行为的大面积共轭单元上。畸变的中心单元和外延共面结构之间的健康竞争可以使多臂材料具有适度的自聚集和优异的各向同性电荷传输行为。最近，研究人员尝试将具有3D结构的多臂NFAs作为第三组分引入基于Y系列的二元OSCs之中，并获得了提升的性能。

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文献简介

在之前的研究中发现，基于线性宽带隙苯并三唑（BTA）的A2-A1-D-A1-A2型分子（F-BTA3，BTA1-3）作为客体受体，可以通过提供电荷转移途径和级联能级排列、或形成合金模型，最终助力三元OSCs取得了约19%的较高PCE。有鉴于此，近日，国家纳米科学中心周二军研究员团队通过选择螺二芴（SF）为核，若丹宁（Rh）、噻唑烷二酮和二氰基取代的Rh（RCN）分别修饰的苯并三唑（BTA）单元为臂，合成了三种低成本的四臂客体受体SF-BTA1、SF-BTA2和SF-BTA3。研究人员将这三个四臂受体引入到经典的PM6:Y6和PM6:BTP-eC9的二元体系中。结果显示，所有三元器件中均可以观察到效率的显著提高，这说明该类受体作为第三组分具有良好的普遍性。

具体而言，基于PM6:Y6:SF-BTA1,2,3的三元器件分别获得了19.1%、18.7%和18.8%的高PCE，远高于其二元器件PM6:Y6（17.4%）。值得注意的是，19.1%的PCE是基于PM6:Y6的OSCs器件最高PCE值之一。这些结果说明，引入四臂受体可以触发多功能机制，包括能量转移、电荷转移和合金模型，并调节分子聚集，从而获得改善的短路电流密度（JSC）和填充因子（FF）。此外，SF-BTA1-3的较高的最低未占分子轨道（LUMO）能级有利于增加开路电压（VOC）。所有数据表明，四臂受体在提升三元器件性能方面中起到非常重要的作用，因此设计具有交联基团的不对称3D扭曲客体分子可以作为一种有效的三元策略，不仅可以突破20%的效率瓶颈，并且实现优异的器件稳定性。

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文献总结

综上，该工作的相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》上，题为“Regulating the Sequence Structure of Conjugated Block Copolymers Enables Large-Area Single-Component Organic Solar Cells with High Efficiency and Stability”。

本文关键词：有机太阳能电池，非富勒烯受体，多臂受体，三元器件，能量转移。

转自：“有机钙钛矿光电前沿”微信公众号

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