Y6-2Br/Y6-C10C12-4Cl/PFSO-DTBT1系列研究

有機(jī)太陽(yáng)能電池（OSCs）具有重量輕、靈活性強(qiáng)、柔性高、成本低、應(yīng)用范圍等優(yōu)點(diǎn)，在近十年內(nèi)受到了關(guān)注。在OSCs材料的研究過(guò)程中，非富勒烯受體（NFA）的出現(xiàn)對(duì)器件效率起著至關(guān)重要的作用，Y系列受體表現(xiàn)出的光電性能，相關(guān)器件的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）已經(jīng)突破了18%。事實(shí)上，很多工作致力于Y系列受體的結(jié)構(gòu)研究，并研究出一系列優(yōu)化其化學(xué)結(jié)構(gòu)的方法。通常，Y系列受體由三部分組成：帶剛性芳香體系的缺電子核，吸電子端基和兩組側(cè)鏈（分別位于內(nèi)部和外部位置）。這三部分都可以通過(guò)合理的改性和調(diào)節(jié)，從而微調(diào)分子性質(zhì)。

例如，研究人員使用氯原子取代Y6受體中的氟原子，得到的BTP-4Cl分子不表現(xiàn)出的吸收紅移，而且降低了電壓損失，與基于Y6的器件相比，基于BTP-4Cl的器件的PCE到16.5%，開(kāi)路電壓（ V OC）和短路電流密度（JSC ）也得到了。此外，還有一些研究針對(duì)決定溶解度和結(jié)晶度的內(nèi)支鏈進(jìn)行相關(guān)改性。通過(guò)將較長(zhǎng)的2-丁基辛基鏈取代Y6的2-乙基己基鏈，所獲得的BTP-4F-12分子的溶解度和電子遷移率得到了，不取得了16.4%的更高PCE，而且還可以在型的溶劑中進(jìn)行器件處理。

圖1:相關(guān)分子結(jié)構(gòu)示意圖

研究團(tuán)隊(duì)在Y系列受體噻吩單元β位上的不對(duì)稱取代方面做了很多工作。不對(duì)稱烷基-烷氧基取代既可以保持烷氧基取代的特點(diǎn)以獲得更高的VOC，又可以烷氧基引起的過(guò)度聚集，所研究出的不對(duì)稱受體Y6-1O的三元器件的PCE為17.6%。近日，該團(tuán)隊(duì)利用氯原子取代Y6‐1O端基的氟原子，合成了一個(gè)Y6衍生物受體BTP1O‐4Cl‐C8。盡管基于BTP1O-4Cl-C8的器件表現(xiàn)出略高的VOC和JSC，但由于F到Cl的置換所引起的過(guò)度聚集性質(zhì)使得填充因子（FF）和PCE相對(duì)較低，分別為69.9%和14.7%。為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員進(jìn)一步優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)將BTP1O‐4Cl‐C8的2-乙基己基鏈替換為2-丙基庚基鏈和2-丁基辛基鏈，終又合成了兩種受體分子BTP1O‐4Cl‐C10和BTP1O‐4Cl‐C12。

圖2:相關(guān)器件的光譜性質(zhì)

研究結(jié)果顯示，雖然室溫下BTP1O‐4Cl‐C10在氯仿中的溶解度相對(duì)較差，但其在加熱之后可以很好地溶解。因此，采用熱溶劑工藝所制備的基于PM6:BTP1O-4Cl-C10的器件，獲得了77.6%的FF和16.4%的PCE。相反，BTP1O‐4Cl‐C12具有的溶解性，可以在室溫下直接加工，基于PM6:BTP1O-4Cl-C10的器件則獲得了更高的FF（78.8%）和PCE（17.1%）。

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