南开赵东兵&山大高珂Angew：结构融合型受体助力三元有机太阳能电池效率18.77%

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前言回顾

有机太阳能电池（OSCs）作为最有前途的下一代清洁能源之一，凭借其独特的优势，如灵活性、重量轻和精细可调性，现已引起学术界和工业界的广泛关注。得益于非富勒烯受体Y6及其衍生物的发展，OSCs的功率转换效率（PCE）目前已达到19%以上。然而，这类OSCs器件的开路电压（VOC）相对较低，不高于Shockley–Queisser（SQ）限值的80%，是进一步提高器件效率的主要阻碍之一。

在二元共混物中加入合适的第三种组分是提高OSCs的VOC以及增加光电流的有效策略，并最终实现PCE值的进一步提高。迄今为止，大多数高效的三元体系使用一个给体和两个稠环电子受体（FREAs），研究表明，客体FREAs的合理设计对于改善这类三元共混物中的PCE至关重要。

图1.相关受体结构与基本性质

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文献简介

作为客体受体，添加具有五元碳桥的IDT或IDTT衍生的A-D-A型FREAs，如MOIT-M、4-TIC、MeIC等能够显著改善Y6衍生OSCs的性能。此外，南开大学赵东兵研究员课题组在最近的研究工作中表明，将五元碳桥替换为六元硅氧桥对分子吸收光谱和能级的影响微乎其微，这对于优化膜形态非常有益，从而改善OSCs的填充因子（FF）。进一步的，赵东兵研究员与山东大学高珂教授、复旦大学杨迎国青年研究员等人展开合作，在最新发表的工作中发现，将IDT或IDTT衍生的FREAs和硅氧桥接的FREAs的结构相互融合可以结合两者的优点，进一步微妙地优化它们的性能，如能级、分子堆积、混溶性和结晶度，并且由于吸收光谱相似，能够为Y6类OSCs提供更合适的客体受体。

图2.不同器件的光电性能比较

此外，相互融合的结构将具有不对称性，导致更显著的偶极矩和介电常数，这有利于增强分子间相互作用并降低激子结合能。因此，研究人员设计并成功合成了两个碳桥和硅氧桥混合客体受体IDT-SiO-IC和IDTT-SiO-IC。通过将IDTT-SiO-IC作为客体受体添加到二元D18:Y6中，最终器件PCE为18.77%，同时VOC增加到0.896 V，FF增加到78.37%，表现出优异的性能。IDTT–SiO–IC作为该三元OSC客体受体的优异性能主要归因于与D18:Y6共混物的互补吸收、改进的结晶度、共混物膜形态、与Y6的良好混溶性以及D18、IDTT–SiO2–IC和Y6之间的能级匹配。

图3.不同器件的形貌探究

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文献总结

综上，该工作突出了五元碳键和六元硅氧连接的结构融合以及单向延伸策略在制造稳定的高性能OSCs中的重要性。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》上，题为“Structural Fusion Yields Guest Acceptors that Enable Ternary Organic Solar Cells with 18.77% Efficiency”。

本文关键词：有机太阳能电池，非稠环受体，分子设计，三元器件。

转自：“有机光电前沿”微信公众号

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