Adv. Mater.：新型非富勒烯電子受體造就高性能有機太陽能電池

【引言】

有機太陽能電池（OSC）由于在成本、重量以及柔性方面的優勢，是未來可再生能量轉換領域比較有前途的綠色能源。在過去十年，由于供體材料與設備優化的發展，有機太陽能電池的發展取得了巨大進步，其中使用富勒烯衍生物作為接收器的單節體異質結型有機太陽能電池，其能量轉換效率（PCE）超過了10%。富勒烯在有機太陽能電池中應用的成功，得益于其高的電子親和力、高的電子遷移性、電荷傳輸各向同性以及合適相分離的形成這些基本特性。然而富勒烯衍生物也存在一些自身缺陷，比如在可見光區弱的吸收力、合成和凈化過程高的成本等。因此，很多光吸收好、易合成、能級可調以及低成本的非富勒烯電子受體材料近些年得到了快速發展。

【成果簡介】

對于非富勒烯分子的設計，其中以受體-供體-受體（A-D-A）作為脊梁的小分子結構最為成功。根據眾多的研究成果和近來非富勒烯受體的發展，設計出含有成功A-D-A脊梁系統的新型受體將是一種趨勢。近日，國際頂級期刊Advanced Materials 在線刊登了一篇題為“A New Nonfullerene Electron Acceptor with a Ladder Type Backbone for High-Performance Organic Solar Cells”的文章（DOI: 10.1002/adma.201604964），文章共同通訊作者分別是國家千人計劃南開大學陳永勝教授，以及天津理工大學陸燕教授。由他們領導的研究團隊設計出了一種含有稠環的梯形脊梁，既能夠調節分子幾何體的剛度，也能夠調整其光電特性的新型受體，該型受體所獲得的能量轉換效率高達10.06%，高于任何富勒烯同類控制設備。

【圖文導讀】

圖1 DICTF, FDICTF, ITIC和PBDB-T的結構與物理特性

a) DICTF, FDICTF, ITIC和PBDB-T的化學結構

b) DICTF, FDICTF和PBDB-T在薄膜中的吸收光譜

c) 依據電化學循環伏安法估算的DICTF, FDICTF和PBDB-T能級值

圖2 對DICTF和FDICTF采用Becke型3參數密度泛函模型、6-31G計算機組進行分子幾何體優化

圖3 有機太陽能電池結構與性能

a) 有機太陽能電池設備結構

b) PDIN化學結構

c) 電流密度-電壓（J-V）特性曲線

d) 基于DICTF和FDICTF在最優條件下有機燃料電池外量子效率（EQE）光譜

圖4 PBDB-T:FDICTF和PBDB-T:DICTF共混膜微觀形貌

a,b）分別為PBDB-T:FDICTF和PBDB-T:DICTF共混膜激活層的原子力顯微鏡敲擊模式形貌像

c,d）分別為PBDB-T:FDICTF和PBDB-T:DICTF共混膜TEM圖像

【文章小結】

研究人員設計并合成出一種含有梯級融合結構的A-D-A型非富勒烯受體。通過在前期簡單分子DICTF中融合噻吩單元，獲得了更強更好的補充吸收性和可調節的分子能級。含有聚合物供體PBDB-T的設備，獲得了高達10.06%的能量轉換效率，高于任何富勒烯同類控制設備。

文獻鏈接：A New Nonfullerene Electron Acceptor with a Ladder Type Backbone for High-Performance Organic Solar ?(DOI: 10.1002/adma.201604964)

本文由材料人編輯部新能源學術組mike713供稿。

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