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CJC | Report-深圳大学罗正辉副教授团队:高性能A-DA1D-A 型小分子受体光伏材料中心缺电子单元的调控

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高性能A-DA1D-A 型小分子受体光伏材料中心缺电子单元的调控


为了提高有机太阳能电池(OSC)的器件效率,开发新型有机光伏材料成为迫切的需求。自2015年起,随着新型有机光伏受体材料的兴起,尤其是A-DA1D-A型小分子受体(SMA)材料,OSC器件效率取得了飞速发展。因此,发展新型A-DA1D-A SMA是当前有机光伏领域重要的研究方向。近年来,深圳大学罗正辉副教授团队在有机光伏受体材料领域做出了系统性研究(Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202315625; Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202304127;Energy Environ. Sci. 2023, 16, 2732;Energy Environ. Sci. 2022, 15, 4601;Natl. Sci. Rev. 2022, 9, nwac076;Joule 2020, 4, 1236;Adv. Mater. 2020, 32, 2005942.)

 

基于A-DA1D-A型小分子受体材料由于其优异的性能,得到众多科学家们的青睐。然而,目前文献中报道的大多数高性能A-DA1D-A型小分子受体主要以侧链修饰为主,有关中心核缺电子单元(A1)的研究仍然有限,尽管该单元在实现高效率器件方面发挥着不可或缺的作用(Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202315625; Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202304127; Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202209580; Nat. Commun. 2022,13, 3256; Energy Environ. Sci. 2022, 15, 3519; Adv. Mater. 2020, 32, 1906324)。

 

最近,罗正辉等人开发了一种基于苯并[4,5]噻吩并[2,3-b]喹喔啉(BTQx)为缺电子单元的小分子受体(QW1)和三种基于1-甲基二氢吲哚-2,3-二酮(MDO)的小分子受体(QW2 、QW3 和 QW4)。与QW2相比,由于BTQx比MDO具有更强的吸电子能力,QW1表现出轻微蓝移的吸收光谱和更低的LUMO能级。另一方面,与QW2相比,QW3 和 QW4 中引入的溴原子会导致吸收光谱蓝移和 LUMO 能级下降。密度泛函理论(DFT)分析表明,在这四种受体中,QW1表现出最好的分子平面性和最强的分子间相互作用,导致QW1具有最高的电子迁移率和更紧密的分子堆叠。基于PM6:QW1的二元OSC实现了15.63%的PCE,高于基于PM6:QW2 (14.25%)、PM6:QW3 (13.21%)和PM6:QW4 (15.03%)的器件。有趣的是,利用三元策略,可以进一步将器件效率提高到19%以上。总体而言,我们的研究表明了调节缺电子中心单元是提高 A-DA1D-A 受体光伏材料器件性能的有效策略。

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图1  发展的基于不同缺电子单元的小分子受体材料及相应的器件效率


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《中国化学(英文)》(Chinese Journal of Chemistry创刊于1983年,半月刊,由中国化学会、上海有机化学研究所联合Wiley共同主办。期刊覆盖化学全领域,发表有机化学、无机化学、物理化学、高分子化学、分析化学、材料化学、能源、催化等各学科领域的原始性、创新性成果,期刊历史悠久、审稿流程严格。2022年度影响因子为5.4,JCI指数0.92,5年影响因子4.4,2022年度CiteScore为7.5,SNIP指标为 0. 859。其中科院分区为化学综合2区。期刊先后收录于DOAJ、ESCI、SCIE等数据库。

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