Nat Mater：具有高结晶性和光致发光量子产率的非富勒烯受体可使有机太阳能电池效率达到 20% 以上
新春快乐，今天给大家分享的是Nature Materials上的文章“Non-fullerene acceptors with high crystallinity and photoluminescence quantum yield enable >20% efficiency organic solar cells”
【摘要】
合理设计具有高结晶度和光致发光量子产率 (PLQY) 的非富勒烯受体 (NFA) 对于实现高效、低能量损失的有机太阳能电池 (OSC) 至关重要。然而，增加 NFA 的结晶度往往会降低其 PLQY，从而导致 OSC 中的非辐射能量损失较高。本文证明，可以通过不对称地调整 L8-BO 受体噻吩单元上烷基链的分支位置来微调 NFA 的结晶度和 PLQY。研究发现，一侧为 2-丁基辛基，另一侧为 4-丁基癸基的 L8-BO-C4 可以同时实现高结晶度和 PLQY。单结 OSC 实现了 20.42% 的高效率（经认证为 20.1%），开路电压为 0.894 V，填充因子为 81.6%。这项工作揭示了转移烷基链分支位置的策略对于开发高效 OSC 的高性能 NFA 的重要性。
图 1 | 基于 L8-BO 的 NFA 的分子结构、光物理特性和光伏特性。
图 2 | 支链侧链结构对铸态纯受体膜微观形貌的影响。
图3 | NFA纯膜的单晶结构和分子堆积特性。
图 4 | 混合膜的形态表征。
【结论】
我们发现，这种从第二位置到第四位置的不对称调整是最佳选择，因为它受益于将分支位置移离核心的积极优势，可以改善 NFA 结晶度，从而改善电荷传输，同时增强其纯膜的 PLQY 以抑制非辐射复合损失。对于 PM6:L8-BO-C4 二元器件，实现了 19.78% 的高效率，而该值在 PM6:L8-BO-C4:L8-BO-C4-Br 三元器件中提升至 20.42%。更高更平衡的电荷传输、抑制的陷阱辅助复合、高效的激子解离和电荷提取效率是三元器件实现高性能的原因（补充图 40 和 41 以及补充表 13）。这种不对称调谐策略也适用于其他 A–DA′D–A 型 NFA（补充图 42-55、补充表 14-18 和补充说明 5）。我们的工作为设计具有高结晶度和 PLQY 的高性能 NFA提供了一种有效的方法，用于制备效率超过 20% 的 OSC。
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原文DOI：https://doi.org/10.1038/s41563-024-02087-5
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