香港城市大学任广禹团队JACS：局部异构化诱导的侧基和端基扭转与有机光伏性能的相关性

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前言回顾

通过调整光活性层中有机成分的化学结构，可以很容易地调节有机光伏（OPVs）的性能。非富勒烯受体（NFAs）结构的精细修饰使得OPVs的功率转换效率（PCE）已迅速提高到19%以上。然而，NFAs的结构修饰也需要考虑对相应OPVs器件的长期稳定性的影响，因为NFAs的分子平面性和聚集行为与相关体异质结（BHJ）在外部应力下的形态演变密切相关。据悉，烷基链的位阻对分子主链的几何形状有显著影响，会直接影响NFAs的聚集行为以及相应OPVs器件的光伏性能和稳定性。因此，通过在NFAs上引入庞大的共轭侧基，可以同时获得高性能和稳定的OPVs器件。

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文献简介

基于上述挑战，近日，香港城市大学任广禹（Alex K.-Y. Jen）教授研究团队开发了一类含有氯化噻吩侧基的新型NFAs。通过对侧基上的氯链和烷基链的位置进行微调，从而研究局部异构化如何影响NFAs的分子几何结构，以及所得器件的能量损失和稳定性。研究人员合成了三种异构体，2-ClTh、3-ClTh和4-ClTh，分别在噻吩侧基的2、3和4位上具有氯基团，令人惊讶的是，由于取代基的电子效应和空间位阻效应的结合，侧基上的局部异构化导致光电性能发生显著变化。

此外，侧基和端基扭转角以及侧基和主链之间的非键合相互作用都受到异构化的显著影响，这进一步影响了相应OPVs器件的能量损失和长期稳定性。最终，具有平衡侧基和端基扭转角的受体分子3-ClTh在OPVs器件中实现了18.5%的高PCE，同时具有低能量损耗和优异的光热稳定性。当它与另一种给体聚合物D18匹配时，二元OPVs器件中可以获得18.8%甚至更高的PCE。这项工作为探究NFAs分子工程以及开发高性能、稳定的OPVs提供了新的见解。

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文献总结

综上，这项工作表明，侧基/主链和端基/主链二面体之间的微妙平衡是同时获得高效和良好稳定性的OPVs的关键，并且局部异构化NFAs中的多种分子间非共价相互作用可以调节相关的分子堆积和电荷动力学。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Journal of the American Chemical Society》上，题为“Correlation of Local Isomerization Induced Lateral and Terminal Torsions with Performance and Stability of Organic Photovoltaics”。

本文关键词：有机太阳能电池，非富勒烯受体，分子设计，稳定性。

转自：“有机光电前沿”微信公众号

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