具有热退火提升器件VOC特性的Z构型A-DA'D-A结构受体

作者：张丽婷; 仇丁丁; 张建齐; 吕琨; 魏志祥

来源：高等学校化学学报, 2023, 44(9): 129-142.

DOI：10.7503/cjcu20230164

• 非富勒烯受体
• 非辐射复合损失
• 乌尔巴赫能
• 高开路电压有机太阳能电池

开发具有高开路电压(VOC)和有利于减少非辐射重组损失的有机太阳能电池新活性层材料至关重要.本文基于经典吸电子单元(A)-给电子单元(D)结合的A-DA'D-A型受体Y6,开发了一种具有高最低未占分子轨道(LUMO)能级的"Z"构型萘并[1,2-c∶5,6-c']双[1,2,5]噻二唑(NT)核A-DA'D-A受体(ZNT),此分子构型呈现"Z"构型,并通过提高退火温度实现了D18作为给体的器件非辐射复合损失的降低和VOC的提升.为了研究此现象与热退火降低VOC的普遍现象的不同,制备了D18∶Y6体系作为参考.通过提高热退火的温度,D18∶Y6体系的乌尔巴赫能量(EU)升高,非辐射复合损失增大,因此VOC持续降低;与此相反,D18∶ZNT体系的EU随热退火温度升高而降低,非辐射复合损失也有效降低,因此实现了VOC的提高.VOC从未退火条件下的0.950 V提高到80℃退火时的0.963 V,100℃退火时的0.993 V,直至110℃退火时的0.995 V.退火温度上升时电子迁移率增加,纯ZNT的晶体相干长度增大,证实了能量无序的减少来源于受体ZNT有序性的增加.此外,ZNT受体的(LU-MO)、最高占有分子轨道(HOMO)能级和带隙都比Y6的高,结构的平面性更高,器件的激子分离效率较低,使得基于ZNT受体的器件效率低于以Y6为受体的器件.本文报道的"Z"构型A-DA'D-A受体的中热退火使VOC升高的独特现象可为未来高VOC有机太阳能电池的发展提供一个材料设计方向.

• 单位
  中国科学院; 国家纳米科学中心; 中国科学院大学