阳仁强&刘治田Adv. Sci.：具有混合环烷基-烷基链的对称/不对称的新型高效有机太阳能电池受体

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前言回顾

有机太阳能电池（OSCs）作为一种清洁能源技术，由于其独特的优势，如溶液可处理性、选择性吸收和半透明性，以及柔性和大规模器件的潜力，引起了广泛的关注。随着小分子受体（SMAs）的快速发展，单结OSCs中的功率转换效率（PCE）现已达到19%。为了进一步加快OSCs的商业化，应开发具有低能量损失和高稳定性的SMAs，并从根本上了解SMAs的分子间填充和活性层的界面激子性质。

侧链修饰作为设计SMAs的重要策略之一，其中包括尺寸、拓扑（线性或分支）、分支点、对称断裂和尺寸的变化，是精确调节SMAs溶解度、分子结晶和堆积行为的最常用方法。与单一的环烷基链或烷基链不同，混合环烷基-烷基链被认为是新型有机半导体材料构建中的一种独特的复合侧链体系，有可能影响平面性、分子填充和光电性能。通过结合柔性烷基单元和刚性环状单元产生的空间效应可以优化结晶和分子间相互作用，并进一步影响共混膜的形态和光物理性质。然而，目前对混合环烷基-烷基链的基本性质了解甚少，包括其分子构象、SMAs中的单晶分子间填充、能量学和光电子性质。这些知识对于开发SMAs和推广新材料体系至关重要。

图1.两种新型受体分子的合成路线

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文献简介

有鉴于此，近日，江汉大学阳仁强教授、武汉工程大学刘治田教授团队设计并开发出了两种新型具有对称和不对称混合环烷基-烷基链的SMAs（分别命名为Y-C10ch和A-C10ch）。与商业化受体分子L8-BO相比，A-C10ch和Y-C10ch的噻吩β位侧链的变化导致更窄的光学带隙和略深的能级，这有可能平衡器件参数。研究人员通过单晶分析检查了两种受体精确的分子堆积，表明10-环己基癸基链赋予分子更平面的骨架，并比L8-BO具有更紧凑的3D网络堆积，形成的活性层具有更高的畴纯度。此外，10-环己基癸基链可以微妙地影响给体/受体界面能量学，从而加速激子解离并抑制能量无序。

图2.SMAs的结构和物理性质

由于上述因素，当以PM6作为给体聚合物，基于A-C10ch和Y-C10ch分别可以获得18.4%和17.6%的最大PCE。更重要的是，在PM6:L8-BO共混物中，Y-C10ch作为第三种组分的三元器件可以获得19.1%的PCE，显示了制备了高性能OSCs的巨大潜力。这些结果表明，混合环烷基-烷基链不仅是改善SMAs分子间晶体填充、调整界面激子性质从而提高OSCs效率的可行途径，而且在有机光电领域开发新型材料方面具有巨大潜力。

图3.不同器件光伏性能比较

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文献总结

综上，该工作不仅开发了两种新型高效的SMAs，并进一步说明了混合环烷基链作为一种新的复合侧链策略可以有效构建更高效的OSCs器件。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Advanced Science》上，题为“Hybrid Cycloalkyl-Alkyl Chain-Based Symmetric/Asymmetric Acceptors with Optimized Crystal Packing and Interfacial Exciton Properties for Efficient Organic Solar Cells”。

本文关键词：有机太阳能电池，小分子受体，三元器件，侧链修饰。

转自：“有机光电前沿”微信公众号

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