香港城市大学任广禹团队Angew：柔性连接的二聚型受体用于高效耐用的有机太阳能电池

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前言回顾

有机太阳能电池（OSCs）作为一种新兴的光伏技术，由于其可大规模生产、以及用于多功能传感器和可穿戴电子器件等优势，引起了人们的极大关注。小分子受体（SMAs）Y6及其衍生物的出现促使OSCs的发展迅速，实现了超过19%的PCE。然而，由于SMAs在外部应力下的分子扩散和自聚集，将会导致亚稳定形态，因此这些器件的长期稳定性对其商业化而言仍然是一个巨大的挑战。

为了解决OSCs的操作稳定性，研究人员利用噻吩基连接体来连接两个或三个SMAs，形成低聚物受体来稳定活性层的形态。这些低聚物受体的使用有助于抑制分子在共混膜中的扩散，并提高其光热稳定性。另一方面，在分子中引入柔性烷基连接体是调节活性层结晶行为和形态的有效方法，因为柔性连接体可以一定程度降低主链的刚性，从而增强给体和受体之间的共混度。此外，柔性烷基连接体还应用于双缆聚合物的设计，这可以促进适当的给体或受体纳米相分离，提高器件性能和机械性能。然而，目前在低聚物中引入柔性烷基连接体尚未得到有效探索。

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文献简介

有鉴于此，近日，香港城市大学任广禹（Alex K.-Y. Jen）教授研究团队通过在二聚型受体中引入了柔性烷基连接体，用以增强OSCs在偏压、加热和机械变形下的活性层形态和稳定性。研究人员选择具有柔性烷基连接体的Y6衍生物T9TBO和1,6-二（噻吩-2-基）己烷作为单体，通过Stille偶联合成二聚型受体dT9TBO。得益于柔性烷基连接体的形态优化，最佳三元OSCs（PM6:Y6:dT9TBO）具有高开路电压（VOC，0.88 V）、短路电流密度（JSC，27.17 mA/cm2）和填充因子（FF，77.26%），最终获得了18.41%的高PCE。同时，基于PM6:Y6和PM6:Y6:T9TBO的OSCs分别只有0.86 V和0.87 V的VOC，这些结果表明二聚型受体可有效增强VOC和PCE，这可归因于上移的LUMO能级和由共混物较高结晶度诱导的有效电荷传输，而这一点通过掠入射广角X射线散射（GIWAXS）表征得以证实。

由于Y6:dT9TBO共混物的玻璃化转变温度（Tg）较高，因而可以抑制分子扩散。此外，Y6和dT9TBO的良好混溶性使得二者能够形成更密集堆叠的分子合金。因此，通过柔性烷基链连接的二聚型受体可以进一步增强本体中的分子堆积，其中单体的运动受到相邻单元的限制。结果显示，PM6:Y6:dT9TBO薄膜在老化和外部应力下表现出更稳定的形态。因此，基于PM6:Y6:dT9TBO的三元器件在热老化和最大功率点下的寿命都得到了提高。更重要的是，柔性烷基连接体的引入进一步增强了柔性OSCs的机械性能，在1500次弯曲循环后仍可以保持其初始PCE的95%。这些结果说明，在三元材料体系中引入的低剂量二聚型受体不仅提高了器件效率，而且提高了它们在热、光、偏压和机械应力下的耐受性。

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文献总结

综上，该工作为同时提高三元OSCs的效率和稳定性提供了一种简单有效的方法。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》上，题为“Dimer Acceptor Adopting a Flexible Linker for Efficient and Durable Organic Solar Cells”。

本文关键词：有机太阳能电池，二聚型受体，分子设计，稳定性。

转自：“有机光电前沿”微信公众号

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