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有机太阳能电池领域又获突破性进展

导读: 据了解,这种A-DAD-A型小分子受体可有效拓宽吸收光谱,降低器件电压损失,此分子设计策略为材料合成提供了新思路。

从中南大学官网获悉,该校化学化工学院邹应萍教授课题组在2017年首次将电子受体单元苯并三氮唑引入非富勒烯受体稠环中心核,形成一种DAD稠环结构,进而合成了A-DAD-A型有机小分子受体光伏材料

据了解,这种A-DAD-A型小分子受体可有效拓宽吸收光谱,降低器件电压损失,此分子设计策略为材料合成提供了新思路。随后,保持中心核不变,用并二噻吩取代稠环两端的噻吩,将此分子体系从五元环拓展为七元环,并改变不同的端基,设计合成了Y1和Y2非富勒烯受体。

而通过对材料表征发现,吡咯桥环和并噻吩的引入可以拓宽非富勒烯受体分子的光谱吸收,从而显著提高器件的短路电流。苯并三氮唑引入稠环中心核,可有效提高受体分子的荧光量子产率。高的荧光量子产率可增加有效的辐射复合通道,从而提高器件的电致发光量子效率(~ 0.5×10-4)。结果表明三氮唑吸电子核的引入,大大减少非辐射复合所造成的损失。该工作为高效有机太阳能电池材料设计及如何降低器件电压损失并同时获得高短路电流提供了新思路。

基于课题组提出的A-DAD-A型分子设计策略,进一步通过分子结构优化,将具有更高电子迁移率的苯并噻二唑替代苯并三氮唑引入到分子骨架中,在并二噻吩的β位引入烷基链调控溶解性和分子构象,设计合成了Y6非富勒烯受体。该分子具有较强的吸收和较窄的带隙(1.33 eV)以及优异的电子迁移率,制备了正向/反向器件的能量转换效率均为15.7%的单结有机太阳能电池(给体聚合物为PM6),为已报道的单结有机太阳能电池效率的世界最高纪录。

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