中南大学邹应萍&袁俊等：半全氟烷基链对A-DA′D-A型小分子受体及其光伏性能的影响

文摘科学 2024-09-10 08:30 北京

近日，中南大学邹应萍教授和袁俊副教授等人在Science China Materials发表研究论文，设计并合成了一种半全氟烷基链取代的A-DA′D-A型小分子受体m-TF₉，并将其用于制备高效有机太阳能电池（OSCs）。

本文要点

1) 与烷基取代的小分子受体m-TH相比，m-TF₉表现出更紧密的分子堆积和更低的表面自由能。与PTQ10共混后，m-TF₉可以实现77.3%的高填充因子。

2) 引入1,4-二氟苯作为添加剂调节分子间相互作用，基于PTQ10:m-TF₉的OSC获得了16.3%的高效率，短路电流（J_SC）提高至27.0 mA cm⁻²。此外，基于m-TF₉的OSC在空气和氮气环境中都实现了良好的储存稳定性。

3) 半全氟烷基链修饰对A-DA′D-A型小分子受体光电性质，分子聚集和堆积的影响，可以有效提高器件电荷载流子传输，并提高其光伏性能。

Figure 1. Synthetic route of m-TH and m-TF₉.

Figure 2. (a) Normalized UV-vis absorption spectra of acceptors in solution and films. (b) CVs. (c) Energy level diagram of the donor and acceptors. (d) TGA plots of acceptors in a N₂ atmosphere at a scan rate of 10 °C min⁻¹. Plots of the deviation metric method for (e) m-TF₉ and (f) m-TH films as a function of annealing temperatures.

Figure 3. (a) ESP distributions and (b) optimized geometries (top view) of m-TF₉ and m-TH. (c) Sketch of torsion and theoretical simulation of optimal conformations by potential energy surface scanning curves for TT-TF₉ and TT-TH.

Figure 4. (a) J–V curves, (b) EQE spectra and the integrated J_S_C of the corresponding devices. (c) The electron and hole mobilities of OSCs. (d) The storage stability of three devices measured in an N₂ atmosphere without encapsulation.

文章信息

Wei Liu, Yijie Nai, Weikun Chen, Guanhaojie Zhen, Songting Liang, Xueyi Guo, Jun Yuan, Yingping Zou. Effect of semi-perfluoroalkyl chains on A-DA′D-A type small molecule acceptor in organic solar cells. Sci. China Mater. (2024).

https://doi.org/10.1007/s40843-024-3075-2

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