導語：研究人員以低成本的4-溴-2-氟-1-碘苯和4-溴-3-氟-1-碘苯為主要原料，透過簡單的合成路線，設計併合成了兩種新A-π-D-π-A型小分子給體：SM-BF1和SM-BF2，所製備的全小分子有機太陽能電池最高效率15.71%。中科院李永舫&孟磊團隊AFM:低成本全小分子有機太陽能電池，效率15.71%！
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202110159
1.前言回顧
有機太陽能電池（OSCs）只需要透過簡單的溶液處理技術就可以直接將太陽光轉化為電能，並且具有重量輕、靈活性、半透明性和大面積製造等獨特優勢。在過去二十年中，得益於活性層材料、器件結構和介面工程的快速發展，OSCs取得了巨大的進步，也顯示出其大規模商業應用潛力。總體來說，光伏效能、穩定性和成本是OSCs未來商業應用需要認真解決的三個最關鍵問題。
一般來說，光伏材料的創新對於提高器件光電轉換效率（PCE）、穩定性和降低成本起著至關重要的作用。然而，大多數高效能給體和受體材料具有複雜的分子結構和合成路線，從而導致高能耗和高成本，進一步限制了OSCs進一步商業化發展。因此，除了不斷尋找高效的光伏材料以提高OSCs的PCE外，還應注意開發一些簡便的合成策略，例如簡化合成路線，從而降低光伏材料的合成成本，實現效益最大化。
圖1.設計思路與合成路線
2.文獻簡介
一直以來，中科院化學研究所李永舫院士、孟磊研究員團隊致力於開發高效能、低成本的OSCs光伏材料，例如PTQ10、PTQ11等。近日，該團隊進一步與中國科學院大學張佔軍教授團隊、香港中文大學路新慧教授團隊展開合作，以低成本的4-溴-2-氟-1-碘苯和4-溴-3-氟-1-碘苯為主要原料，透過簡單的合成路線，設計併合成了兩種新A-π-D-π-A型小分子給體：SM-BF1和SM-BF2。研究人員透過對氟原子取代位置的調節，深入研究了苯並二噻吩（BDT）單元的苯基共軛側鏈的化學位阻效應對最終分子光物理性質、電荷轉移和光伏效能的影響。
圖2.光伏效能測試
研究結果顯示，氟原子在苯基共軛側鏈上的取代位置對小分子給體的光伏效能和形態特性有重要影響。與間氟取代的SM-BF2相比，鄰氟取代的SM-BF1具有更好的形態和更平衡的電荷載流子傳輸能力。當與受體Y6匹配時，基於SM-BF1:Y6的OSCs器件PCE高達15.71%，同時短路電流密度為26.64 mA cm–2，開路電壓為0.846 V，填充因子為69.7%，而基於SM-BF2:Y6的OSCs器件PCE僅為10.23%。更重要的是，SM-BF1:Y6器件的優值係數（FOM）遠高於已報道的具有代表性的小分子給體器件體系，工業優值係數（i-FOM）為0.217，這些結果表明SM-BF1具有良好的商業化應用潛力，同時也為後續開發低成本的給體分子提供了重要指導。
圖3.與其它給體資料比較
3.文獻總結
綜上，該工作為高效能、低成本的OSCs光伏材料提供了新的合成策略，有利於OSCs領域的進一步商業化應用。相關研究成果現已發表在國際材料與器件領域著名學術期刊《Advanced Functional Materials》上，題為“15.71% Efficiency All-Small-Molecule Organic Solar Cells Based on Low-Cost Synthesized Donor Molecules”。
本文關鍵詞：有機太陽能電池，小分子給體，生產成本，優值係數。
4.材料推薦
PM6：1802013-83-7
Y6：2304444-49-1
D18：2433725-54-1
PDINN：1020180-01-1
