宁波材料所葛子义课题组ACS Energy Lett.：不对称非富勒烯受体助力三元有机太阳能电池效率超过18%

1

前言回顾

具有体异质结（BHJ）的有机光伏（OPVs）由于其具有溶液可处理性、透明性、便携性和灵活性等优点，在清洁太阳能领域引起了广泛的关注。三元策略作为一种有效简单的方法，可以显著提高OPVs的功率转换效率（PCE）。然而，这些研究大多关注单个客体成分，而没有对类似物进行系统研究。因此，第三组分的分子结构、活性层形貌和三元器件的光伏性能之间的相关性仍需要进一步的理解。

自2019年以来，Y6衍生物（尤其是对称分子）由于其优异的性能（如窄带隙和高电子迁移率）成为OPVs中的研究热点。除了对称型非富勒烯受体外，不对称型非富勒烯（ANF）受体目前也已成功应用于OPVs。通常，ANF受体分为不对称骨架型（ASNF，A-D1A′D2-A）和不对称端基型（ATNF，A1-DA′D-A2）。最近，使用ATNF受体作为第三组分的三元OPV器件具有超过19%的优异PCE。然而，可以作为第三组分的ASNF受体目前尚未有研究或报道。

图1.分子结构性质与接触角测试

2

文献简介

为了揭示ASNF分子的本征性质、活性层形态和三元OPVs器件的光伏性能之间的相关性，近日，中科院宁波材料技术与工程研究所葛子义研究员、杨道宾副研究员，宁波诺丁汉大学唐本灿副教授等人设计并合成两个新型具有更宽带隙的ASNF受体，分别为TB-S1和TB-S1-O。与该团队在之前的工作中报道的TB-S相比，三种ANF分子具有相似的骨架，但具有不同的端基或烷基/烷氧基侧链，研究人员将三种分子分别作为第三组分并入主体系的PM6:BTP-eC9之中。

图2.不同器件的光伏性能比较

有趣的是，基于所有ASNF受体的二元OPV器件产生的开路电压（VOC）值显著高于二元PM6:BTP-eC9体系（0.949-1.120 vs 0.837 V）；然而，只有将TB-S1-O加入到主体器件中才会对VOC的改善有积极影响。烷氧基取代的TB-S1-O表现出级联能级排列、良好的互补吸收和与PM6:BTP-eC9的优异兼容性。此外，PM6:BTP-eC9:TB-S1-0三元共混膜表现出理想的互穿网络，导致非辐射能量损失降低和电荷传输增强。结果，由于VOC和短路电流密度（JSC）的增加，当将TB-S1-O添加到PM6:BTP-eC9体系中时，PCE从17.36%（二元体系）增加到18.14%（三元体系）。相比之下，TB-S和TB-S1的加入形成了较差的形态，因此未能减少电压损失，导致较差的PCE，分别为16.16%和16.18%。这些结果表明，引入三个不对称结构的分子，均能增加分子间的π-π作用与晶体相干长度（CCL），但是只有TB-S1-O还兼顾了合适的相分离与形成较好的网络互穿结构，因此烷氧基的引入非常关键。

图3.不同器件的形貌表征

3

文献总结

综上，这项研究表明，不对称主链上的烷氧基取代是构建高性能三元OPV第三组分的有效方法。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《ACS Energy Letters》上，题为“Alkoxy Substitution on Asymmetric Conjugated Molecule Enabling over 18% Efficiency in Ternary Organic Solar Cells by Reducing Nonradiative Voltage Loss”。

本文关键词：有机太阳能电池，非对称富勒烯受体，三元器件，不对称取代。

转自：“有机光电前沿”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！