Angew. Chem. :“翼链”型非全共轭巨分子受体构筑19.13%效率的有机太阳能电池

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有机半导体材料为光活性层的有机太阳电池(Organic Solar Cells, OSCs)在多种商业化场景中都具有巨大应用潜力,例如柔性可穿戴电子、室内光伏、光伏建筑一体化等。但同时实现高光电转换效率(PCEs)和器件稳定性仍然是OSCs实际开发利用中所面临的主要挑战。在众多类型的受体材料中,非完全共轭的巨分子受体在提升器件稳定性方面展现出显著的优势,但相应PCEs仍然落后于传统的Y系列小分子受体(Y-SMAs)。因此,亟需开发更高性能的新型巨分子受体,以满足OSCs的实际化应用。


近日,针对上述问题,西安交通大学的凡群平教授、马伟教授和湘潭大学的肖曼军教师等人合作,设计合成了三种非完全共轭的二聚型巨分子受体(包括侧翼位点连接的2Y-wing、中心核位点连接的2Y-core和端基位点连接的2Y-end)。同时,不同烷基连接位点对受体材料性能的影响被首次系统研究。三者具有相似的前驱体单体,但它们不同的连接位点可以精细调节和优化材料的吸收、能级、堆积、玻璃化转变温度和载流子迁移率,进而获得高性能OSCs。



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研究显示,在二元活性层中,D18/2Y-wing比D18/2Y-core和D18/2Y-end具有更好的组分相容性,获得了更合适的相分离和有序堆积。因此,基于D18/2Y-wing的二元OSCs获得了17.73%的更高PCE。值得一提的是,由于2Y-wing更高的玻璃化转变温度和D18/2Y-wing更优的活性层形貌和电荷传输性能,相应二元OSCs也获得了更高的热稳定性,在80 ℃高温下200小时后依然维持了90%的初始效率。

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基于上述二元OSCs的成功,2Y-wing作为关键第三组分被引入到具有近红外吸收的D18/BS3TSe-4F主体系中,并制备了三元OSCs。由于D18/(BS3TSe-4F:2Y-wing)体系在300-970 nm内的互补吸收、进一步优化的薄膜形貌、更高的电荷解离/传输性能,三元OSCs实现了19.13%的高PCE。该工作开发的烷基连接位点工程构建高性能巨分子受体策略为提高OSCs的PCE和稳定性提供了有益参考。

文信息

Non-Fully Conjugated Dimerized Giant Acceptors with Different Alkyl-Linked Sites for Stable and 19.13% Efficiency Organic Solar Cells

Fan Yi, Manjun Xiao,* Yongdie Meng, Hairui Bai, Ze-Fan Yao, Wei Gao, Guangyu Qi, Zezhou Liang, Conggui Jin, Lingxiao Tang, Wenyan Su, Rui Zhang, Lihe Yan, Yuhang Liu, Weiguo Zhu, Wei Ma,* and Qunping Fan*

文章的第一作者是易帆,为湘潭大学和西安交通大学的联合培养硕士生


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202319295



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