非富勒烯有机太阳能电池(OSC)的优点是重量轻,机械柔韧性好,并且可以通过印刷工艺低成本生产,因此备受关注。在过去的两年中,由于名为Y6的高效(15.7%)非富勒烯小分子受体(SMA)的出现,OSC领域得到了飞速发展,其分子设计是研究的关键课题。近日,中南大学邹应萍和香港科技大学颜河团队设计并合成了具有与Y6相同的芳族主链但具有不同烷基链的SMA系列,以研究烷基链对SMA性质和性能的影响。首先,研究表明在Y6的吡咯基序的氮原子上使用支链烷基链是有益的。另外,烷基链的支化位置也对材料和器件性能有重要影响。具有第三位支链烷基链的SMA(命名为N3)表现出最佳的溶解度以及电子和形态学特性,因此产生了最佳性能。使用三元策略对器件进行进一步的优化,最终实现了16.74%的高效率(以及16.42%的认证效率),这是目前有报道的最高国际认证的单节有机光伏能量转换效率。相关结果以“Alkyl Chain Tuning of Small Molecule Acceptors for Efficient Organic Solar Cells”为题发表在Joule期刊上。
全文总结 通过比较在吡咯基上具有C11直链烷基链的Y6和N-C11,N-C11分子表现出差得多的溶解度和过大的结构域,这损害了器件的效率。第一次比较表明,将支链的烷基链保持在分子的氮原子上很重要,并进一步优化了吡咯基序上的支链烷基链的支链位置。通过比较具有不同支链位置的三种分子,发现第3位支链烷基链的SMA具有最佳的形态和电子性能,从而实现了16.0%的最佳效率。最后,通过采用三元策略(即掺入少量PC71BM受体),获得了PCE为16.74%的高效有机太阳能电池。Newport认证效率达到16.42%,这是迄今为止单结OSC的最高认证效率之一。文献信息 Alkyl Chain Tuning of Small Molecule Acceptors for Efficient Organic Solar Cells (Joule, 2019)DOI:10.1016/j.joule.2019.09.010链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435119304702#undfig1