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嘉兴大学周二军团队最新JACS：苯基侧链氟化调节分子四极矩以实现高压高性能有机太阳能电池

文摘   2025-01-24 05:20   瑞士  

光活性层中的基态电荷产生（GSCG）决定了光生载流子是否占据深陷阱能级，进而影响有机太阳能电池（OSC）的器件性能。基于此，嘉兴大学周二军团队通过在BTA3侧链上引入不同数量的F原子取代的分子策略来调节电荷四极静电相互作用以实现GSCG，相关成果发表于Journal of American Chemistry Society期刊。结果表明，8F取代（BTA3-8F）和16F取代（BTA3-16F）导致最高占据分子轨道（HOMO）和最低未占据分子轨道（LUMO）能级变化模式不同。苯基侧链的全氟化使BTA3-16F具有与BTA3相似的LUMO能级，从而确保了较高的VOC。此外，BTA3–16F 具有较大的电荷四极矩，促进了沿π–π堆积方向相邻分子之间的强静电相互作用，从而在光活性元件中诱导出GSCG。这种高效的GSCG 直接对随后较长时间内光生激子解离、复合和传输的动力学以及较大空间尺度上的非辐射复合产生重大影响。得益于良好的GSCG和合适的能级排列，PTQ10/BTA3–16F实现了1.302V的Voc和11.14%的PCE，创造了Voc大于1.3V的OSC性能的世界纪录。此外，BTA3–16F是一种有效的客体分子，可以提高三元OSC的性能，基于PM6/L8-BO/BTA3–16F的三元器件实现了最高的19.82%的PCE。这一结果强调了光活性组分之间的GSCG对OSC性能的重要作用，并证明了调节分子四极矩是设计高效受体的有效手段。
论文信息：J. Am. Chem. Soc. 2025, XXXX, XXX, XXX-XXX. https://doi.org/10.1021/jacs.4c17140
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