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A2-A1-D-A1-A2型寬帶隙、高遷移率稠環小分子受體材料

來源: X-MOL 2017-07-27 16:19:16

有機聚合物太陽能電池具有成本低、質量輕、可溶液制備成大面積柔性器件等優勢，成為第三代太陽能電池領域的研究熱點。富勒烯衍生物（如：PC61BM、PC71BM等）具有較大的電子親和性、較高的電子遷移率、各向同性電子傳輸能力等優點，廣泛用作電子受體材料，并對有機聚合物太陽能電池的飛速發展起到了舉足輕重的作用。然而，該類材料自身的缺陷如制備和提純成本高、在可見光區吸收能力弱、能級水平調控較難等，在一定程度上又限制了有機聚合物太陽能電池性能的進一步提升。為了解決上述問題，發展高效率的非富勒烯小分子受體材料近年來備受關注，并取得了顯著的進展，表現出替代富勒烯的無限潛力。目前文獻報道的高性能小分子受體材料主要集中在窄帶隙的稠環小分子和寬帶隙的苝二酰亞胺兩種材料體系。低能帶的聚合物給體材料研究較早，也較為深入，而且經過多年的研究已出現了多個系列的高性能材料。但與之光譜和能級匹配的寬帶隙小分子受體種類較少，如上所述，主要集中在苝二酰亞胺類材料，而且效率相對較低。因此，發展高效率的新型寬帶隙小分子受體材料迫在眉睫，將成為進一步提升有機聚合物太陽能電池效率的突破口之一。

近日，四川大學化學學院的彭強（點擊查看介紹）課題組設計合成了一種以三維結構的螺芴為核，左右兩端連接兩個2,1,3-苯并噻二唑受體單元（BT），并以3-乙基-2-（二氰基亞甲基）饒丹寧為端基的A2-A1-D-A1-A2型寬帶隙小分子受體材料（SFBRCN）。SFBRCN的光學帶隙寬度可達2.05 eV，HOMO與LUMO能級分別為-5.93 eV和-3.86 eV，吸收光譜和能級水平能與眾多的低能帶聚合物給體材料達到較好的互補和匹配。同時，SFBRCN及其共混膜還展現出較高的電子遷移率，非常適合制備高性能的非富勒烯太陽能電池。當SFBRCN與PTB7共混，可以獲得7.63%的能量轉換效率，而與吸收更加紅移、HOMO能級更低、結晶性更高的PTB7-Th共混，器件效率則高達10.26%。這是目前基于寬帶隙小分子受體材料聚合物太陽能電池的最好效率。該研究發表在Advanced Materials上，文章的第一作者是四川大學化學學院的博士研究生張光軍。

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