中科院侯剑辉团队卤素取代对非富勒烯受体光伏性能的调控
本研究由中科院化研所侯剑辉团队设计并合成了四种非富勒烯受体(NFA)材料:ITC9-4F、ITC9-4Cl、ITC9-4Br和ITC9-4I,通过在末端基团引入不同卤素取代基。研究了这些NFA在有机太阳能电池(OSCs)中的光伏性质。计算结果显示材料表面静电势相似,但原子半径随卤素变化。光电性能分析表明卤素取代基影响吸收光谱和分子能级。ITC9-4F表现出蓝移吸收光谱和较低消光系数。在OSCs中,ITC9-4F基电池显示高开路电压(Voc)但较低功率转换效率(PCE)。ITC9-4Cl、ITC9-4Br和ITC9-4I基OSCs显示相近PCE,Voc逐渐增加,填充因子减小。4F到4I基电池中,陷阱辅助复合加剧,能量损失减少。这些发现突显了卤素NFA在OSCs中的潜力。OSCs因其轻质、灵活和简易加工等优势备受关注。近年来,随着非富勒烯受体(NFAs)的发展,OSCs的功率转换效率显着提高,超过20%。NFAs作为OSCs电子受体具有可调吸收光谱、分子能级和排列等优势。其中,NFAs端基卤素化被证明是改善光伏特性的有效方法。在受体-给体-受体(A-D-A)结构的NFA分子中,端基卤素化具有多重作用:增强电子亲和力,促进分子内电荷转移,降低带隙;加强分子间相互作用,改善结晶性和载流子迁移;增加偶极矩变化,降低激子结合能,实现高效激子解离。不同卤素从氟到碘,电负性降低,原子半径增大。氟和氯可避免立体位阻,溴和碘则易于极化,加强分子间相互作用,优化电荷传输。然而,关于溴和碘原子引入NFAs端基的研究仍不充分。