導語：研究人員合成了不同以間烷基苯基為外取代側鏈的非富勒烯受體，進一步研究了側鏈構型對分子性質的影響，相關器件最佳光電轉換效率（PCE）高達18.22%。顏河團隊AEM:非富勒烯受體的共軛支化側鏈助力有機太陽能電池效率18.22%
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1.前言回顧
近年來，由於非富勒烯受體（NFAs）與聚合物給體具有更好的光譜、能量和形態匹配性，有機太陽能電池（OSCs）實現了從富勒烯到非富勒烯的突躍式轉變，這不僅歸因於給受體材料的合理設計、對電荷動力學和分子相互作用的深入理解，還有更先進的器件處理技術。特別是基於A′-DAD-A′結構（即BTP-4F系列分子）的最新NFAs在體異質結器件中表現出獨特的聚集行為和低能量損耗，使得OSCs的光電轉換效率（PCE）超過19%，更接近於商業化應用。然而，如何透過化學修飾NFAs，進一步最佳化光電效能和共混膜形態，以實現更高的器件效能仍然是該領域的前沿研究熱點。
圖1.分子結構與基本性質
2.文獻簡介
有鑑於此，近日，香港科技大學顏河教授、北卡羅來納州立大學Harald Ade教授、東華大學馬在飛研究員等人團隊展開合作，以間烷基苯基為外取代側鏈的BTP-4F衍生物為代表，進一步研究了側鏈構型對分子性質的影響，並最終證明在NFAs的外部位置用支鏈取代直鏈可以提高OSCs效能。研究人員設計併合成了具有直鏈己基（BTP-4F-PC6）、2-乙基己基（BTP-4F-P2EH）和3-乙基庚基（BTP-4F-P3EH）三種不同苯環側鏈的新型NFAs。與BTP-4F-PC6相比，BTP-4F-P2EH和BTP-4F-P3EH由於較鬆散的分子間堆積而具有輕微的藍移吸收。
圖2.相關器件效能比較
然而，當與聚合物給體PBDB-T-2F匹配共混時，基於BTP-4F-P2EH和BTP-4F-P3EH的器件獲得了增強的短路電流密度（JSC），同時相比於BTP-4F-PC6器件，前兩者器件過度的相分離得到緩解。研究表明，BTP-4F-P2EH具有良好的共混形態並降低了非輻射覆合損耗，從而在三種器件中獲得了18.22%的最佳PCE（BTP-4F-PC6為17.22%，BTP-4F-P3EH為17.57%），並且開路電壓（VOC）為0.880 V，JSC為25.85 mA cm-2，填充因子（FF）為80.08%。這些結果也說明，利用NFAs的側鏈分支結構設計可以為OSCs的形態最佳化和效能帶來更多的可能性。
圖3.電荷動力學分析
3.文獻總結
綜上，該工作為開發新型高效能NFAs提供了重要指導和設計策略。相關研究成果現已發表在能源類國際頂級期刊《Advanced Energy Materials》上，題為“Alkyl-Chain Branching of Non-Fullerene Acceptors Flanking Conjugated Side Groups toward Highly Efficient Organic Solar Cells”。
本文關鍵詞：有機光伏，非富勒烯受體，分子結構，BTP-4F-PC6，BTP-4F-P2EH，BTP-4F-P3EH。
4.材料推薦
PBDB-T-2F：1832013-83-7
Y6：2304444-49-1
PNDIT-F3N
L8-BO
