A2-A1-D-A1-A2型宽带隙、高迁移率稠环小分子受体材料

有机聚合物太阳能电池具有成本低、质量轻、可溶液制备成大面积柔性器件等优势，成为第三代太阳能电池领域的研究热点。富勒烯衍生物（如：PC₆₁BM、PC₇₁BM等）具有较大的电子亲和性、较高的电子迁移率、各向同性电子传输能力等优点，广泛用作电子受体材料，并对有机聚合物太阳能电池的飞速发展起到了举足轻重的作用。然而，该类材料自身的缺陷如制备和提纯成本高、在可见光区吸收能力弱、能级水平调控较难等，在一定程度上又限制了有机聚合物太阳能电池性能的进一步提升。为了解决上述问题，发展高效率的非富勒烯小分子受体材料近年来备受关注，并取得了显著的进展，表现出替代富勒烯的无限潜力。目前文献报道的高性能小分子受体材料主要集中在窄带隙的稠环小分子和宽带隙的苝二酰亚胺两种材料体系。低能带的聚合物给体材料研究较早，也较为深入，而且经过多年的研究已出现了多个系列的高性能材料。但与之光谱和能级匹配的宽带隙小分子受体种类较少，如上所述，主要集中在苝二酰亚胺类材料，而且效率相对较低。因此，发展高效率的新型宽带隙小分子受体材料迫在眉睫，将成为进一步提升有机聚合物太阳能电池效率的突破口之一。

近日，四川大学化学学院的彭强（点击查看介绍）课题组设计合成了一种以三维结构的螺芴为核，左右两端连接两个2,1,3-苯并噻二唑受体单元（BT），并以3-乙基-2-（二氰基亚甲基）饶丹宁为端基的A2-A1-D-A1-A2型宽带隙小分子受体材料（SFBRCN）。SFBRCN的光学带隙宽度可达2.05 eV，HOMO与LUMO能级分别为-5.93 eV和-3.86 eV，吸收光谱和能级水平能与众多的低能带聚合物给体材料达到较好的互补和匹配。同时，SFBRCN及其共混膜还展现出较高的电子迁移率，非常适合制备高性能的非富勒烯太阳能电池。当SFBRCN与PTB7共混，可以获得7.63%的能量转换效率，而与吸收更加红移、HOMO能级更低、结晶性更高的PTB7-Th共混，器件效率则高达10.26%。这是目前基于宽带隙小分子受体材料聚合物太阳能电池的最好效率。该研究发表在Advanced Materials 上，文章的第一作者是四川大学化学学院的博士研究生张光军。

该论文作者为：Guangjun Zhang, Guofang Yang, He Yan, Joo-Hyun Kim, Harald Ade, Wenlin Wu, Xiaopeng Xu, Yuwei Duan, Qiang Peng

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Efficient Nonfullerene Polymer Solar Cells Enabled by a Novel Wide Bandgap Small Molecular Acceptor

Adv. Mater., 2017, 29, 1606054, DOI: 10.1002/adma.201606054

导师介绍

彭强

http://www.x-mol.com/university/faculty/12794