设为首页收藏

中文
当前位置:首页>>组内新闻
基于侧链工程策略提高非共价稠环电子受体分子刚性和光电性能

        1前言

  近年来,有机太阳能电池(OSCs)已成为光伏研究领域最具前景的技术之一。目前,由于给体和受体材料的不断发展,特别是以ITIC和Y6为代表的具有A-D-A和A-DA'D-A分子结构的稠环电子受体(FREAs),使得OSCs的光电转换效率(PCE)不断提高,现已经超过18%。通过对吸光能力、能量水平、堆积方式等方面的研究,研究人员进行了大量的工作旨在提高器件性能。这其中,侧链工程是通过调节取代基的位置、烷基链长度和体积来进一步调节溶解度和分子间堆积方式的一种策略,目前得到了广泛应用。

  随着FREAs的迅速发展,非共价稠环受体(NFREAs)也应运而生。NFREAs通常由简单的芳香族结构单元构成,很大程度上降低了合成成本。同时,采用“非共价构象锁”策略,可以确保骨架具有良好的共面性和刚性。正因此,NFREA比FREAs更好的溶解性和加工性能,能够实现更好的分子结晶和有序堆积。然而,目前NFREAs的PCE仍然远远落后于FREAs。因此,迫切需要开发新型NFREAs来构建更高效的OSCs。

60b8cefc8a520.png

图1:几种不同分子的结构

  2简介

  基于以上的考虑,近日,中国科学院大学黄辉教授研究团队在前期的工作基础上,设计并合成了一种含有两个终端侧链的新型NFREA:NoCA-5。光物理结果表明,与该团队前期开发的NoCA-1相比,终端侧链的引入可以提高NoCA-5的刚性,进一步的理论计算表明NoCA-5具有较低的电子转移内复合能。当两种NFREAs与聚合物给体J52共混时,基于J52:NoCA-5的共混膜具有更平衡的迁移率、更低的复合损耗、更小的Urbach能量和更良好的形貌。因此,最终器件获得了高达14.82%的PCE,认证值为14.5%,远高于基于NoCA-1的器件(11.71%),开路电压(VOC)为0.814,短路电流密度(JSC)26.02 mA cm-2,填充因子69.96%

60b8d044bda25.png

图2:两种器件的光伏性能比较

60b8d097dd889.png

图3:不同器件的形貌表征

         3总结

   综上,该工作不仅为设计高性能的NFREAs提供了一种新思路,也为理解终端侧链效应的机理提供了依据。相关研究成果现已发表在国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》上,题为“Side-Chain Engineering for Enhancing the Molecular Rigidity and Photovoltaic Performance of Noncovalently Fused-Ring Electron Acceptors”。

  本文关键词:有机太阳能电池,非稠环电子受体 ,侧链工程,J52,NoCA-1,NoCA-5。

        4文中所涉及材料

60b8d19ad8156.png

60b8d219c28d4.png

J52

1887136-01-7

Y18

60b8d1ec8dab8.png

60b8d20340bf9.png

ITIC

1664293-06-4

PDINO

1558023-86-1

398