導語：研究人員設計併合成了一系列新型具有S··O共價鍵的非稠環共軛受體分子：PhO4T-1、PhO4T-2和PhO4T-3，所製備的有機太陽能電池（OSCs）器件光電轉換效率（PCE）高達13.76%。黃輝團隊AFM:新型非稠環受體分子助力有機太陽能電池效率新突破
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1.前言
近年來，稠環電子受體（FREAs）在提高有機太陽能電池（OSCs）器件效能方面發揮了關鍵作用，將OSCs帶入了一個新階段。然而，FREAs通常需要多個合成步驟，導致總收率低，合成成本高，並不利於未來的大規模商業應用。為了簡化合成路線並降低材料成本，非稠環電子受體（NREAs）應運而生，根據π共軛核的複雜性，NREAs可分為兩種型別：一種型別是簡單的稠環作為π共軛核（NREAs-I），另一種型別是非稠環π共軛核（NREAs-II）。然而，NREAs-II的效能仍遠低於NREAs-I和FREAs。因此，迫切需要透過分子工程探索出高效能NREAs-II。
圖1:分子結構與設計策略
2.簡介
基於此，近日，中國科學院大學黃輝教授研究團隊設計併合成了一系列新型具有S··O共價鍵的NREAs-II：PhO4T-1、PhO4T-2和PhO4T-3。研究人員採用廉價且容易獲得的2,3-二溴噻吩作為原始材料，透過不同的端基修飾，系統地調節了分子的光捕獲能力、能級和堆積行為。在薄膜中，PhO4T-1、PhO4T-2和PhO4T-3的紅移分別大約為40、60和50 nm，這表明三種分子可以在固態中形成π-π堆積。同時，PhO4T-3具有最小的斯托克斯位移，說明PhO4T-3的骨架剛性最強，重組能最低。根據Marcus電子轉移理論，這一特點可能有助於電子傳輸。
圖2.分子基本性質
最後，研究人員將三種受體分子分別與聚合物給體PBDB-T共混製備了相應的OSCs器件。結果顯示，基於PhO4T-3的器件實現了高達13.76%的最佳PCE，這主要歸因於其寬吸收範圍、接近零驅動力、低能無序、平衡遷移率、改進的相分離和良好的共混膜形態。此外，透過相關計算得出PhO4T-3的FOM值遠高於IT-4F、Y6和M34等高效能FREAs的FOM值。這些結果也進一步說明了所開發的新型受體分子用於製備低成本和高效能OSCs的潛力。
圖3.光伏效能比較
3.總結
綜上，該工作為探索簡單結構的新型NREAs-II提出了重要策略。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“Simple Nonfused-Ring Electron Acceptors with Noncovalently Conformational Locks for Low-Cost and High-Performance Organic Solar Cells Enabled by End-Group Engineering”。
本文關鍵詞：有機太陽能電池，非稠環電子受體，PhO4T-1，PhO4T-2，PhO4T-3。
4.材料
PBDB-T：1415929-80-4
Y6：2304444-43-1
