EES：具有纤维状形态的第三组分非富勒烯受体，有机光伏器件具有高效率和稳定性

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前言回顾

有机光伏器件（OPVs）由于其潜在的优势如低成本、重量轻、机械灵活性和可大规模化制备等，引起了广泛的关注。由于有机光活性材料和器件工程的快速发展，单结OPVs器件的功率转换效率（PCE）已达到19%。一些研究表明，纤维状聚合物可以用作第三组分来调节三元共混物的形态，从而有效提高OPVs器件的整体电池性能。然而，在非富勒烯和富勒烯受体中很难观察到这种纤维状网络结构，并且目前还没有研究集中于设计或使用纤维状形态的受体来优化三元OPV的形态。

图1.给受体结构、光谱吸收、能级排列

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文献简介

有鉴于此，近日，沙特阿卜杜拉国王科技大学Yuanbao, Lin等人设计合成了一种新型非富勒烯受体isoIDTIC，其呈现出一种弯曲的形状，在主链同一侧排列有四个脂肪族链。尽管isoIDTIC与PM6给体具有重叠的吸收，但其在本体异质结（BHJ）薄膜中表现出纤维状形态以及与BTP-eC9受体的良好相容性。当与PM6形成三元PM6:BTP-eC9:isoIDTIC共混物时，共混物表现出良好的原纤维结构和增强的π–π堆积。

图2.二元和三元共混物的形貌表征

研究结果显示，三元OPV器件获得了19%的PCE，这主要归因于三元BHJ器件中的载流子迁移率略大、空穴和电子迁移率平衡良好、载流子寿命更长以及复合减少（与基于二元PM6:BTP-eC9共混物电池相比）。更重要的是，除了增加PCE外，isoIDTIC比BTP-eC9具有更低的表面能和更高的玻璃化转变温度（Tg），可以有效地抑制老化测试期间BHJ内给体和受体的垂直分层。所得三元OPVs器件具有更长的T80寿命（达到初始性能80%所需的时间）为254小时，而基于PM6:BTP-eC9的二元器件T80寿命仅为101小时。

图3.不同器件的光伏性能比较

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文献总结

综上，本工作为设计具有纤维状形态的受体分子提供了有利指导，可以用于提高多组分OPVs的PCE和操作稳定性。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Energy & Environmental Science》上，题为“A 19% efficient and stable organic photovoltaic device enabled by a guest nonfullerene acceptor with fibril-like morphology”。

本文关键词：有机太阳能电池，三元器件，共混物形貌，纤维网络。

转自：“有机光电前沿”微信公众号

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