Adv. Mater.：新型非富勒烯电子受体造就高性能有机太阳能电池

【引言】

有机太阳能电池（OSC）由于在成本、重量以及柔性方面的优势，是未来可再生能量转换领域比较有前途的绿色能源。在过去十年，由于供体材料与设备优化的发展，有机太阳能电池的发展取得了巨大进步，其中使用富勒烯衍生物作为接收器的单节体异质结型有机太阳能电池，其能量转换效率（PCE）超过了10%。富勒烯在有机太阳能电池中应用的成功，得益于其高的电子亲和力、高的电子迁移性、电荷传输各向同性以及合适相分离的形成这些基本特性。然而富勒烯衍生物也存在一些自身缺陷，比如在可见光区弱的吸收力、合成和净化过程高的成本等。因此，很多光吸收好、易合成、能级可调以及低成本的非富勒烯电子受体材料近些年得到了快速发展。

【成果简介】

对于非富勒烯分子的设计，其中以受体-供体-受体（A-D-A）作为脊梁的小分子结构最为成功。根据众多的研究成果和近来非富勒烯受体的发展，设计出含有成功A-D-A脊梁系统的新型受体将是一种趋势。近日，国际顶级期刊Advanced Materials 在线刊登了一篇题为“A New Nonfullerene Electron Acceptor with a Ladder Type Backbone for High-Performance Organic Solar Cells”的文章（DOI: 10.1002/adma.201604964），文章共同通讯作者分别是国家千人计划南开大学陈永胜教授，以及天津理工大学陆燕教授。由他们领导的研究团队设计出了一种含有稠环的梯形脊梁，既能够调节分子几何体的刚度，也能够调整其光电特性的新型受体，该型受体所获得的能量转换效率高达10.06%，高于任何富勒烯同类控制设备。

【图文导读】

图1 DICTF, FDICTF, ITIC和PBDB-T的结构与物理特性

a) DICTF, FDICTF, ITIC和PBDB-T的化学结构

b) DICTF, FDICTF和PBDB-T在薄膜中的吸收光谱

c) 依据电化学循环伏安法估算的DICTF, FDICTF和PBDB-T能级值

图2 对DICTF和FDICTF采用Becke型3参数密度泛函模型、6-31G计算机组进行分子几何体优化

图3 有机太阳能电池结构与性能

a) 有机太阳能电池设备结构

b) PDIN化学结构

c) 电流密度-电压（J-V）特性曲线

d) 基于DICTF和FDICTF在最优条件下有机燃料电池外量子效率（EQE）光谱

图4 PBDB-T:FDICTF和PBDB-T:DICTF共混膜微观形貌

a,b）分别为PBDB-T:FDICTF和PBDB-T:DICTF共混膜激活层的原子力显微镜敲击模式形貌像

c,d）分别为PBDB-T:FDICTF和PBDB-T:DICTF共混膜TEM图像

【文章小结】

研究人员设计并合成出一种含有梯级融合结构的A-D-A型非富勒烯受体。通过在前期简单分子DICTF中融合噻吩单元，获得了更强更好的补充吸收性和可调节的分子能级。含有聚合物供体PBDB-T的设备，获得了高达10.06%的能量转换效率，高于任何富勒烯同类控制设备。

文献链接：A New Nonfullerene Electron Acceptor with a Ladder Type Backbone for High-Performance Organic Solar  (DOI: 10.1002/adma.201604964)

本文由材料人编辑部新能源学术组mike713供稿。

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