Adv. Mater.：分子內扭曲的減少能夠提高非富勒烯有機太陽能電池里3D分子受體的性能

【引言】

目前，富勒烯衍生材料（以PC₆₁BM和 PC₇₁BM為代表）由于高電子傳輸能力和在塊狀異質結(BHJ)薄膜上優良的形貌而被廣為應用于有機太陽能電池（OSCs）中。然而富勒烯材料的吸光能力弱，制備成本高，與高聚物和小分子受體的結合能力差的特點促使人們探索非富勒烯材料。傳統的非富勒烯材料因能量轉換效率（PCEs）僅有2-3%而表現不佳。其主要原因為小分子受體的大尺寸引起的強團聚和過度堆疊（高達1 um）。為了抑制分子之間的團聚和堆疊尺寸，扭曲結構的小分子受體被應用在OSCs上，然而扭曲結構通常會造成較低的結晶度以及較差的電子傳輸能力。

【成果簡介】

香港科技大學的顏河教授等人合成了一種命名為TPE-PDI4新型3D結構的小分子受體，這種受體相比以往電導性較強的受體，具有相對較弱的分子內扭曲程度，小堆疊尺寸。基于TPE-PDI4結構的器件，光電轉化效率達到5.5%

【圖文導讀】

圖1 a）TPPz-PDI₄的化學結構。 ? b）PffBT-T3(1,2)-2的化學結構。

c）分子內扭曲減弱的TPC-PDI₄， TPE-PDI₄， TPPz-PDI₄結構。

圖2 a-c）三種局部優化的TPPz-PDI4結構。幾種典型的相鄰吡嗪和苯環之間的二面角用箭頭標出

圖3?a）純PffBT-T3(1,2)-2薄膜（圓圈），純TPPz-PDI4（方形）及其混合薄膜（三角形）的標準紫外可見光譜圖。

b）TPPz-PDI4薄膜（方形）和氯苯溶液（圓圈）的標準紫外可見光譜圖。

c) TPPz-PDI4(三角形)，TPE-PDI4（藍色正方形）和TPC-PDI4(紅色圓圈)薄膜。

圖4 a）基于TPPz-PDI4 (圓圈), TPE-PDI4 (正方形), and TPC-PDI4 (三角形)的優化器件的J-V曲線。

b）基于TPPz-PDI4 (圓圈), TPE-PDI4 (正方形), and TPC-PDI4 (三角形)的優化器件的外部量子效率光譜。

小結

本文系統地研究了3D分子受體分子內在非富勒烯太陽能電池里的影響，揭示了3D分子受體系列的結構與性能的關系，對高性能小分子受體的非石墨烯太陽能電池的設計和發展具有重要的引導意義。

原文鏈接： Reduced Intramolecular Twisting Improves the Performance of 3D Molecular Acceptors in Non-Fullerene Organic Solar Cells （Adv. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adma.201600997）

本文由材料人編輯部新能源學術組 東海木子李 供稿，點我加入材料人編輯部。

歡迎關注微信公眾號，微信搜索“新能源前線”或掃碼關注。