武汉大学闵杰团队AM：对称与不对称合金受体实现高性能全小分子有机太阳能电池

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前言回顾

近年来，有机太阳能电池（OSCs）获得了飞速的发展，功率转换效率（PCE）不断提高。到目前为止，基于聚合物给体的聚合物太阳能电池（PSCs）的PCE超过19%，为OSCs的商业化奠定了基础。与PSCs相比，由小分子受体（SMA）和小分子给体（SMD）组成的全小分子OSCs（all-SMOSCs）具有易于纯化、分子结构明确和重复性较好的优点，二元和三元all-SMOSCs的PCE都超过了17%，因此应用潜力巨大。然而，由于许多因素，包括缺乏有效的宽带隙SMD、给体-受体材料的失配和形貌控制困难等，最先进all-SMOSCs的PCE仍然远远落后于对应的PSCs。其中，最重要的因素是难以调节活性层的尺寸共混微观结构，最终导致器件性能较差。

图1.分子结构与相关性质

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文献简介

利用不对称小分子和聚合物受体作为第三组分，可以促进纳米级相分离的形成，减少能量无序和非双子复合。然而，在all-SMOSCs中，不对称结构对相关共混物形态和器件性能的影响尚未有报道。基于此，近日，武汉大学闵杰教授团队设计并合成了一种不对称型窄带隙受体SSe-NIC，其是一种硒并噻吩和噻吩并噻吩为π桥的四氟Y6衍生物。研究人员然后将SSe-NIC作为第三组分应用于MPhS-C2:BTP-eC9（对称分子）的主体系中，并获得了高效三元all-SMOSCs。

图2.二元器件与三元器件的光伏性能比较

值得注意的是，各类表征和测量结果显示，BTP-eC9和SSe-NIC由于其优异的混溶性能在三元活性层中形成合金相。因此，SSe-NIC的加入拓宽了光学吸收范围，优化了三元共混物的本体异质结（BHJ）微观结构，增强了短路电流密度（JSC）和填充因子（FF）。同时，可以通过简单地改变SSe-NIC含量来调节三元体系的能级、发光效率和能量无序，相应减少了能量损失。在不同混合受体比率上，三元体系仍具有优异性能。最终，三元all-SMOSCs获得了18.02%的高PCE，这是迄今为止报道的同类器件的最高效率之一，并且比相关的二元体系具有更好的操作稳定性。

图3.瞬态光谱与空穴转移动力学测试

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文献总结

综上，该工作促进了小分子受体的设计和高性能三元all-SMOSCs的开发，为后续的应用带来了新的前景。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Advanced Materials》上，题为“High-Performance Small Molecule Organic Solar Cells Enabled by a Symmetric-Asymmetric Alloy Acceptor with a Broad Composition Tolerance”。

本文关键词：有机太阳能电池，全小分子太阳能电池，三元器件，不对称结构，分子设计。

转自：“有机钙钛矿光电前沿”微信公众号

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