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非富勒烯小分子受体的烷基链工程用于溶液加工有机太阳能电池

溶液处理有机太阳能电池(OSCs)由于其成本低、重量轻、灵活性强等优点,在过去的三十年里受到了广泛的关注。通过开发新的光活性给体和受体材料,有机太阳能电池的光电转换效率(PCE)已超过17%。与传统的富勒烯受体相比,非富勒烯受体(NFA)具有低带隙、能级可调、近红外吸收强、平面性好、结晶度可调等优点。基于NFA的OSC不仅具有更高的PCE,而且在某些情况下还具有更好的操作稳定性。

最近,武汉大学闵杰研究员等人研究了小分子非富勒烯受体(NFA)的烷基侧链取代对其本体异质结(BHJ)有机太阳能电池(OSC)的光伏性能的影响。为了进一步研究侧链的影响,他们合成了一系列以6-苯基己基、6-苯氧基己基和正辛基不同烷基(命名为Y6-phC6、Y6-phOC6和Y6-NC8)衍生的Y6核的衍生物,并研究了它们的详细结构-性能关系。

他们扩展了Y6的衍生物体系,引入了三个新的衍生物,它们与Y6具有相同的共轭芳香族骨架和端基,但侧链经过了修饰。通过用正辛基,6-苯基己基和6-苯氧基己基取代吡咯氮原子上的支链烷基链,我们合成了三个NFA,分别是Y6-nC8,Y6-phC6和Y6-phOC6。分别将它们与PM6配对,制作常规器件,测试了它们的光电性能。以PM6:Y6-phC6、PM6:Y6-phOC6、PM6:Y6-phOC6和PM6:Y6-nC8为基础的器件的PCEs分别达到11.77%、11.07%、10.38%。通过对光学性能、电学性能和共混物形态的表征,阐明了相关器件的性能差异。

结果表明,在直链烷基链上引入苯基可以有效地优化BHJ的形貌,从而获得比其他两种体系更好的性能。我们的研究结果可以为商用NFA-Y6的进一步改性提供更多的选择。

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