導語：研究人員設計併合成了兩種具有不同對稱結構的稠環電子受體：F7TC-1和F7TC-2，並研究了二者之間不同的分子性質和效能。佔肖衛&王國傑團隊Solar RRL:分子對稱性對稠環電子受體的影響
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/solr.202100827
1.前言回顧
2015年，北京大學佔肖衛教授研究團隊開發出“ITIC”這一稠環電子受體（FREAs），其具有不同於富勒烯受體的獨特性質，例如易於化學設計和效能調節，強可見光和近紅外吸收、改善的電子傳輸和形態穩定性、能量損失小，相應器件效率得以大大提高，這一重要突破促使富勒烯受體逐漸被取代，具有里程碑式的意義。隨後研究人員開發出各種FREAs如Y系列更是將有機太陽能電池（OSCs）的光電轉換效率（PCE）提高到19%以上。目前，大部分FREAs屬於對稱型結構，而小部分是非對稱的。其中，對稱型結構又包括線性對稱、中心對稱、彎曲軸對稱、二維或三維對稱。分子對稱性不僅影響著材料的溶解度、分子堆積、偶極矩、電荷輸運，還影響著分子的光學和電子學性質。因此，深入瞭解分子對稱性的影響對於設計高效能的FREAs至關重要，但這方面的研究還鮮有報道。
圖1.給受體分子結構
2.文獻簡介
有鑑於此，近日，北京大學佔肖衛教授、北京科技大學王國傑教授等人團隊展開合作，設計併合成了兩種具有不同對稱性的FREAs異構體：F7TC-1和F7TC-2。在F7TC-1中，兩個甲氧基位於中心苯環的鄰位，導致四個烷基苯基側鏈在閉環反應後位於稠環的同一側，因此F7TC-1是軸對稱的。然而，在F7TC-2中，兩個甲氧基位於苯環的對位，導致四個烷基苯基側鏈位於稠環的兩側，最終使得F7TC-2成為中心對稱結構。結果顯示，分子對稱性對兩種材料的吸收、能級和帶隙影響較小，但對分子堆積和薄膜形態有顯著影響。純F7TC-1薄膜具有edge-on取向，結晶度較高；而純F7TC-2薄膜具有face-on取向，結晶度較低。
圖2.器件效能比較
研究人員進一步將F7TC-1、F7TC-2分別與聚合物給體J71匹配，製備了相應的二元OSCs器件。結果顯示，與J71:F7TC-2共混物相比，J71:F7TC-1共混物的edge-on取向和較大的相分離導致嚴重的電荷複合損耗和較低的電荷提取效率，最終使得短路電流密度、填充因子和PCE非常低。最終，基於F7TC-2的器件產生11.14%的PCE，顯著高於基於F7TC-1的器件（1.08%）。
圖3.EL與EQE光譜測試
3.文獻總結
綜上，該工作不僅說明了分子對稱效能夠顯著影響基於FREAs的OSCs器件效能，同時也為後續的相關分子設計提供了重要指導。相關研究成果現已發表在Wiley旗下的《Solar RRL》上，題為“Effect of Molecular Symmetry on Fused-Ring Electron Acceptors”。
本文關鍵詞：有機太陽能電池，稠環電子受體，非富勒烯，分子設計，對稱性。
4.材料推薦
J7：12035466-89-6
ITIC：1664293-06-4
