张有地&周二军AFM综述:不对称Y6衍生物稠环电子受体的研究进展

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前言回顾

自1995年以来，体异质结（BHJ）有机太阳能电池（OSCs）就引起了广泛关注。在早期，富勒烯衍生物是OSCs中的主要电子受体。然而，由于富勒烯衍生物吸收较弱、化学合成困难、聚集性过强和形态不稳定等缺点，研究人员选择探索新型分子结构来取代富勒烯。2015年以来，基于非富勒烯受体的有机太阳能电池（NF-OSCs）因其机械柔性、重量轻、溶液可加工性、便携性和半透明性等优点迅速成为研究热点之一。在过去三年中，关于NF-OSCs的研究实现了爆炸性的突破，最好的器件能够实现能量转换效率（PCE超过）19%，显示出其巨大的商业应用潜力。

显然，活性层材料，尤其是给体聚合物和非富勒烯小分子的发展是提高效率的主要因素之一。目前，高效率的NFAs主要有A-D-A和A-DA'D-A两种类型。2015年，北京大学占肖卫教授研究团队开发了经典的A-D-A型受体：ITIC，其具有诸多优点，包括易于化学改性和纯化、合适的电子能级、高电子迁移率和良好的活性层形貌。随后，在2019年，中南大学邹应萍教授研究团队开发出一种具有A-DA'D-A型结构的受体：Y6，与经典p型聚合物PM6匹配，实现了15.7%的当时破纪录的PCE。ITIC和Y6都是NFAs发展史上里程碑式的分子，有效突破了OSCs效率瓶颈。特别是Y6分子的设计理念开启了OSCs的新发展阶段。随后，研究人员合成了数百种A-DA'D-A型NFAs，极大地促进了OSCs的发展。

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文献简介

根据化学结构，Y6衍生物可分为两种：对称分子和不对称分子。尽管获得了相当的性能，但与对称分子相比，对于具有不对称结构的Y6衍生物的关注度仍然较少。近日，长春师范大学张有地副教授、国家纳米科学中心周二军研究员在最新发表的综述中介绍了不对称Y6衍生物受体分子的研究进展。该类分子中心核含有二吡咯并苯并噻二唑（DPBT）结构，该结构也是A-DA'D-A型分子发展中重要的创新点。从化学结构来看，苯并噻二唑（BT）作为一个缺电子单元和两个吡咯环作为富电子单元共同构成了中心DPBT结构中的推拉电子体系。同时，在DPBT结构两侧引入更多稠合环和强拉电子端基后，由于增加了最高占据分子轨道（HOMO）的离域程度并提高了最低单线态激发态（S1）的振子强度，掺入的缺电子核可以降低LUMO能级和带隙，从而导致这类衍生物具有强而宽的光吸收。

此外，由于引入DPBT缺电子核能够减少了电子振动耦合，使得激子扩散、激子解离和电子传输的过程得以同时加速。事实上，从材料角度这类分子可分为以下三类：不对称端基（AEG）、不对称中心核（ACC）和不对称侧链（ASC）。研究人员在全文中对相应的器件物理和光伏性能进行总结和分析，并且重点介绍了NFAs的结构和性能之间的关系，并给出这种光伏材料未来的设计方向和面临的挑战。主要在以下六个方面：（1）新型非对称A-DA'D-A型NFAs的设计策略；（2）合成方法与材料成本；（3）p型聚合物的选择；（4）激子解离的改善和能量损失的减少；（5）三元OSCs中的应用；（6）半透明OSCs中的应用。

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文献总结

相关研究成果最新发表在国际材料与器件领域著名学术期刊《Advanced Functional Materials》上（中科院一区TOP期刊，影响因子：19.99），题为“Recent Progress of Y6-Derived Asymmetric Fused Ring Electron Acceptors”。

本文关键词：有机太阳能电池，非富勒烯受体，不对称结构。

转自：“有机光电前沿”微信公众号

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