Adv. Mater.：分子内扭曲的减少能够提高非富勒烯有机太阳能电池里3D分子受体的性能

【引言】

目前，富勒烯衍生材料（以PC₆₁BM和 PC₇₁BM为代表）由于高电子传输能力和在块状异质结(BHJ)薄膜上优良的形貌而被广为应用于有机太阳能电池（OSCs）中。然而富勒烯材料的吸光能力弱，制备成本高，与高聚物和小分子受体的结合能力差的特点促使人们探索非富勒烯材料。传统的非富勒烯材料因能量转换效率（PCEs）仅有2-3%而表现不佳。其主要原因为小分子受体的大尺寸引起的强团聚和过度堆叠（高达1 um）。为了抑制分子之间的团聚和堆叠尺寸，扭曲结构的小分子受体被应用在OSCs上，然而扭曲结构通常会造成较低的结晶度以及较差的电子传输能力。

【成果简介】

香港科技大学的颜河教授等人合成了一种命名为TPE-PDI4新型3D结构的小分子受体，这种受体相比以往电导性较强的受体，具有相对较弱的分子内扭曲程度，小堆叠尺寸。基于TPE-PDI4结构的器件，光电转化效率达到5.5%

【图文导读】

图1 a）TPPz-PDI₄的化学结构。   b）PffBT-T3(1,2)-2的化学结构。

c）分子内扭曲减弱的TPC-PDI₄， TPE-PDI₄， TPPz-PDI₄结构。

图2 a-c）三种局部优化的TPPz-PDI4结构。几种典型的相邻吡嗪和苯环之间的二面角用箭头标出

图3 a）纯PffBT-T3(1,2)-2薄膜（圆圈），纯TPPz-PDI4（方形）及其混合薄膜（三角形）的标准紫外可见光谱图。

b）TPPz-PDI4薄膜（方形）和氯苯溶液（圆圈）的标准紫外可见光谱图。

c) TPPz-PDI4(三角形)，TPE-PDI4（蓝色正方形）和TPC-PDI4(红色圆圈)薄膜。

图4 a）基于TPPz-PDI4 (圆圈), TPE-PDI4 (正方形), and TPC-PDI4 (三角形)的优化器件的J-V曲线。

b）基于TPPz-PDI4 (圆圈), TPE-PDI4 (正方形), and TPC-PDI4 (三角形)的优化器件的外部量子效率光谱。

小结

本文系统地研究了3D分子受体分子内在非富勒烯太阳能电池里的影响，揭示了3D分子受体系列的结构与性能的关系，对高性能小分子受体的非石墨烯太阳能电池的设计和发展具有重要的引导意义。

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

本文由材料人编辑部新能源学术组 东海木子李 供稿，点我加入材料人编辑部。

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