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A2-A1-D-A1-A2型寬帶隙、高遷移率稠環(huán)小分子受體材料

來(lái)源: X-MOL 2017-07-27 16:19:16

有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池具有成本低、質(zhì)量輕、可溶液制備成大面積柔性器件等優(yōu)勢(shì)，成為第三代太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。富勒烯衍生物（如：PC61BM、PC71BM等）具有較大的電子親和性、較高的電子遷移率、各向同性電子傳輸能力等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用作電子受體材料，并對(duì)有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的飛速發(fā)展起到了舉足輕重的作用。然而，該類材料自身的缺陷如制備和提純成本高、在可見(jiàn)光區(qū)吸收能力弱、能級(jí)水平調(diào)控較難等，在一定程度上又限制了有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池性能的進(jìn)一步提升。為了解決上述問(wèn)題，發(fā)展高效率的非富勒烯小分子受體材料近年來(lái)備受關(guān)注，并取得了顯著的進(jìn)展，表現(xiàn)出替代富勒烯的無(wú)限潛力。目前文獻(xiàn)報(bào)道的高性能小分子受體材料主要集中在窄帶隙的稠環(huán)小分子和寬帶隙的苝二酰亞胺兩種材料體系。低能帶的聚合物給體材料研究較早，也較為深入，而且經(jīng)過(guò)多年的研究已出現(xiàn)了多個(gè)系列的高性能材料。但與之光譜和能級(jí)匹配的寬帶隙小分子受體種類較少，如上所述，主要集中在苝二酰亞胺類材料，而且效率相對(duì)較低。因此，發(fā)展高效率的新型寬帶隙小分子受體材料迫在眉睫，將成為進(jìn)一步提升有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池效率的突破口之一。

近日，四川大學(xué)化學(xué)學(xué)院的彭強(qiáng)（點(diǎn)擊查看介紹）課題組設(shè)計(jì)合成了一種以三維結(jié)構(gòu)的螺芴為核，左右兩端連接兩個(gè)2,1,3-苯并噻二唑受體單元（BT），并以3-乙基-2-（二氰基亞甲基）饒丹寧為端基的A2-A1-D-A1-A2型寬帶隙小分子受體材料（SFBRCN）。SFBRCN的光學(xué)帶隙寬度可達(dá)2.05 eV，HOMO與LUMO能級(jí)分別為-5.93 eV和-3.86 eV，吸收光譜和能級(jí)水平能與眾多的低能帶聚合物給體材料達(dá)到較好的互補(bǔ)和匹配。同時(shí)，SFBRCN及其共混膜還展現(xiàn)出較高的電子遷移率，非常適合制備高性能的非富勒烯太陽(yáng)能電池。當(dāng)SFBRCN與PTB7共混，可以獲得7.63%的能量轉(zhuǎn)換效率，而與吸收更加紅移、HOMO能級(jí)更低、結(jié)晶性更高的PTB7-Th共混，器件效率則高達(dá)10.26%。這是目前基于寬帶隙小分子受體材料聚合物太陽(yáng)能電池的最好效率。該研究發(fā)表在Advanced Materials上，文章的第一作者是四川大學(xué)化學(xué)學(xué)院的博士研究生張光軍。

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