侧链的简单调制使近红外吸收的非富勒烯受体实现更高的短路电流密度（英文）

作者：王家成; 蔡贵龙; 张亚静; 王嘉宇; 路新慧; 占肖卫^*; 陈兴国^*

来源：高等学校化学学报, 2023, 44(09): 234-244.

• A-π-D-π-A结构
• 非富勒烯受体
• 侧链工程
• 有机太阳能电池

为了探究相同共轭骨架中不同位点引入不同侧链对相应小分子非富勒烯受体光电性能的影响,本文通过在中心核茚并二噻吩并[3,2-b]噻吩(IDT)单元和端基(1,1-二氰基亚甲基)绕丹宁单元上同时引入正辛基柔性侧链并以噻吩稠合苯并噻二唑(BTT)单元为“π-桥”而构建了一个新的A-π-D-π-A型非富勒烯受体(JC11).与以往研究得到的两个A-π-D-π-A型非富勒烯受体(A2和JC1)相比,在中心核和端基同时引入适宜长度的正辛基侧链不仅赋予JC11更有利的分子间堆叠,而且使JC11比在中心核引入刚性更强和空间位阻更大的己基取代苯基侧链的A1表现出了更大的吸收红移和更好的结晶度;同时也比在端基仅引入短链乙基侧链的JC1表现出了更好的溶解性能,避免了其与PTB7-Th给体共混时出现过度聚集而导致相分离尺度过大.此外, JC11在给体/受体共混膜中展现了比A2和JC1更高的摩尔消光系数(高达1.14×105 L·mol-1·cm-1)和更高的电子迁移率(μe=1.01×10-3 cm·V-1·s-1)以及更平衡的电子/空穴迁移率(μe/μh=2.72).因此,基于PTB7-Th∶JC11的太阳能电池器件经优化后实现了10.09%的光电转换效率(PCE)和高达24.20 mA/cm2的短路电流密度(JSC),超过PTB7-Th∶A2和PTB7-Th∶JC1优化器件8.20%和8.16%的PCE以及低于20 mA/cm2的JSC值.研究结果表明,调节共轭主链侧链是一种简单且有效的调控非富勒烯小分子受体材料的吸收性能和结晶性能的分子设计策略,可大幅提高异质结有机太阳能电池的JSC和PCE.

• 单位
  化学与分子科学学院; 北京大学; 武汉大学