南开大学陈永胜&阚斌、武汉大学钟成Angew：中心延伸的非富勒烯受体的电子构型调节使有机太阳能电池的效率接近19%

1

前言回顾

有机太阳能电池（OSCs）因其环境友好、可溶液处理和柔性而备受关注，Y系列非富勒烯受体（NFAs）的出现使得OSCs的功率转换效率（PCE）得到显著提高，目前已经超过19%。中心核共轭扩展策略在设计高性能受体方面非常有效，但目前仍有一些问题值得探究。例如，稠合缺电子单元（如苯并噻二唑）以及中心核的电子构型对分子光伏性能的影响。因此，利用新的分子设计策略来探究这些问题就显得非常重要。

图1. 受体分子的化学结构与特性

2

文献简介

有鉴于此，近日，南开大学陈永胜教授、阚斌特聘研究员、武汉大学钟成副教授等人设计并合成了三个具有不同缺电子中心核A-D-A特征的NFAs：CH-BQ、CH-iBQ和CH-BBQ。其中，CH-BQ和CH-iBQ是两种同分异构噻二唑修饰的受体分子，二者仅在中心核的共轭延伸方向上不同，而CH-BBQ则具有苯并双噻二唑结构。与CH-BQ相比，CH-iBQ表现出优化的能级、更好的电荷传输以及与聚合物给体（PM6）改善的混溶性。因此，基于PM6:CH-iBQ的二元OSCs实现了17.97%的PCE，开路电压（VOC）为0.875 V，短路光电流密度（JSC）为26.04 mA cm-2，填充因子（FF）为78.5%。相比之下，基于PM6:CH-BQ的器件表现出12.85%的低PCE、VOC为0.84 V、JSC为23.61 mA cm-2、FF为64.8%。

图2. 不同器件的光伏性能比较

此外，具有苯并双噻二唑结构的受体CH-BBQ表现出最佳的原纤维网络形态，从而改善了共混膜中的电荷产生和传输，最终基于PM6:CH-BBQ的二元OSCs的PCE为18.19%，并且基于PM6:CH-BBQ:BO-4Cl的三元OSCs获得了更高的PCE为18.94%。进一步的，为了了解缺电子中心核延伸对受体、给体/受体相互作用和光伏器件性能的影响，研究人员还进行了DFT计算和分子动力学（MD）模拟。

图3. DFT计算与分子动力学模拟

3

文献总结

综上，该工作为NFAs的结构修饰和电子调控开辟了一条新的途径，为高性能有机光伏材料的分子工程提供了新的策略。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》上，题为“Electronic Configuration Tuning of Centrally Extended Non-Fullerene Acceptors Enabling Organic Solar Cells with Efficiency Approaching 19%”。

本文关键词：有机太阳能电池，非富勒烯受体，电荷传输，中心核，分子设计。

转自：“有机钙钛矿光电前沿”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！