中科院化学所侯剑辉团队Small Methods：新型非稠环受体助力高性能有机光伏电池

1前言回顾

近年来，有机光伏（OPV）电池因其可以通过低成本涂层工艺制造轻质柔性太阳能电池板的优势而受到广泛关注。得益于有机光伏材料和器件工程的快速发展，单结OPV电池的功率转换效率已超过19%。到目前为止，最先进的OPV电池主要利用稠环非富勒烯受体（NFAs）来构建，其由一个稠环中心单元和两个强吸电子端基组成，这样的分子构型为它们在调节分子能级、光学带隙和聚集结构等方面提供了显著的优势。然而，这些稠环NFAs的合成成本相当高，这极大地限制了它们在未来工业化中的应用。因此，迫切需要开发低成本NFAs用于OPV电池器件之中。

图1.分子合成路线与分子堆积

2文献简介

根据相关分子设计策略，当庞大的侧链连接到核心单元时，可以在端基之间形成有效的分子间π-π堆积。因此，近日，中科院化学研究所侯剑辉研究员、安存彬副研究员，西安交通大学马伟教授等人通过引入了具有大空间位阻的邻位双（（2-乙基己基）氧基）苯作为中心单元，设计并合成了一种新型非稠环NFA（TBT-2），其具有1.51 eV的低光学带隙和低于-5.7 eV的HOMO能级。TBT-2的单晶结构显示出高平面性和分子间端基之间的强π-π堆积，这是由于相邻芳环之间存在分子内非共价相互作用和2-乙基己氧基侧基引起的大空间位阻。

图2.器件的光伏性能比较

研究结果显示，在与宽带隙聚合物给体PB2共混后，基于TBT-2的器件获得了13.25%的优异PCE，是具有类似光学带隙的OPV电池中的最佳性能之一。此外，研究人员还证明，当TBT-2噻吩桥上的支链2-乙基己基被线性辛基取代时，相应的电池器件的PCE明显降低，为9.53%。因此，他们还进一步通过TBT-2和TBT-6的晶体性能和体异质结形貌分析了其光伏性能差异的原因。

图3.器件形貌表征与接触角测试

3文献总结

综上，这项工作为开发高性能和低成本的非稠环电子受体提供了一种实用的分子设计策略。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Small Methods》上，题为“An Ortho-Bisalkyloxylated Benzene-Based Fully Non-fused Electron Acceptor for Efficient Organic Photovoltaic Cells”。

本文关键词：有机光伏电池，非稠环受体，分子聚集，低成本，分子设计。

转自：“有机钙钛矿光电前沿”微信公众号

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