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【能源】非卤溶剂加工二聚受体的异构效应调控实现效率20%的有机光伏器件

X-MOL资讯 · 公众号 · · 2025-01-06 08:11

正文

有机太阳能电池 （OSC）因其质量轻、半透明特性、本征柔性等优点引起了人们的广泛关注。在材料合成、界面工程以及器件优化等推动下，基于小分子受体的OSC能量转换效率（PCE）已超过20%，然而这些高效的OSC通常依赖于氯仿和氯苯等卤代溶剂，不适合大规模制造。因此，探索非卤溶剂加工的有机光伏材料，对于实现OSC的大规模生产至关重要。目前仍然缺少在非卤溶剂中具有足够溶解度和良好分子堆积的电子受体，这是实现高效的非卤化溶剂加工有机太阳能电池的巨大挑战。

图1. (a) CH8-4、CH8-4A和CH8-4B的化学结构；(b) PM6、CH8-4、CH8-4A和CH8-4B的能级；(c-e) CH8-4、CH8-4A和CH8-4B在25-80 ℃ o -XY溶液中的变温紫外可见吸收光谱。插图为对应吸收光谱在25℃下的分峰拟合结果。

近日， 南开大学陈永胜&阚斌 团队针对上述问题，基于前期报道的三维二聚体受体CH8-4（ Energy Environ. Sci ., 2023 , 16 , 1773; Angew. Chem. Int. Ed. 2023 , 62 , e202307962.）， 通过分子异构化策略，制备出效率高达20%的非卤溶剂处理的有机太阳能电池，是目前基于二聚电子受体和非卤溶剂处理的有机太阳能电池的最高值。 该策略通过精确调整中心单元氟原子的位置，合成了CH8-4A和CH8-4B两种异构体。它们在邻二甲苯溶液中展现出独特的分子预聚集能力（CH8-4B < CH8-4 < CH8-4A），这种差异显著影响了成膜过程和最终薄膜形态。其中，得益于CH8-4在领二甲苯中适度的分子预聚集特性，其与PM6共混后制备的薄膜获得了双连续的给受体相分离，使得邻二甲苯处理的PM6:CH8-4二元器件实现了18.1%的PCE。此外，通过三元策略将L8-BO-D作为客体受体加入到PM6:CH8-4体系内，器件PCE提升至20.0%，在有效面积为13.5 c m ² 的模组上也实现了接近16%的高PCE。该研究结果强调了三维二聚电子受体异构化在非卤溶剂中的影响，也为实现环境友好型高效OSC提供了参考意义。

图2. (a) PM6：CH8-4/4A/4B和PM6：CH8-4：L8-BO-D在2216 c m ^-1 下测试的红外AFM图像；(b) PM6：CH8-4/4A/4B和PM6：CH8-4：L8-BO-D的纤维粒径统计分布图。

这一成果近期发表在 Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是南开大学博士研究生王佳和 王沛然 。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Isomerism Effect of 3D Dimeric Acceptors for Non-halogenated Solvent-Processed Organic Solar Cells with 20% Efficiency

Jia Wang, Peiran Wang, Tianqi Chen, Wenkai Zhao, Jiaying Wang, Baofa Lan, Wanying Feng, Hang Liu, Yongsheng Liu, Xiangjian Wan, Guankui Long, Bin Kan, Yongsheng Chen

Angew. Chem. Int. Ed ., 2024 , DOI: 10.1002/anie.202423562

导师介绍

陈永胜

https://www.x-mol.com/university/faculty/11822

阚斌

https://www.x-mol.com/university/faculty/386111