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  以富電子稠環(huán)單元為核的A-D-A型小分子是近年研究最廣泛、器件效率最優(yōu)異的受體材料，目前基于這類型受體材料的有機(jī)太陽能電池(OSCs)能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)已經(jīng)突破15%。但是，這些高效率的電子受體材料大都由復(fù)雜的多稠環(huán)結(jié)構(gòu)構(gòu)筑而成，多步合成導(dǎo)致成本偏高。因此，開發(fā)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低成本、高效的光伏受體材料是OSCs產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的方向。

  近期，常州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院朱衛(wèi)國教授課題組首次提出用弱缺電子噻唑并噻唑核代替富電子多稠環(huán)核構(gòu)筑結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的、基于三元受體單元的線性A(π-A''-A")2 型小分子受體材料，TTz1和TTZ2，分子結(jié)構(gòu)如圖 1所示。研究了中心核和末端受體單元結(jié)構(gòu)對(duì)受體材料的光物理、電化學(xué)和光伏等性能的影響。他們將這類小分子受體材料與聚合物給體材料J71共混，獲得了能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)8.77%的本體異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽能電池。本研究工作對(duì)于創(chuàng)新發(fā)展結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高效、低成本的有機(jī)光伏受體材料具有重要意義。

圖1. TTz1和TTZ2的分子結(jié)構(gòu)

  他們提出的以噻唑并噻唑單元為核的小分子受體材料具有以下特點(diǎn)：

  （1）分子中的噻唑并噻唑單元，具有剛性的平面結(jié)構(gòu)，可以增強(qiáng)分子間的π-π和偶極作用，優(yōu)化分子的結(jié)晶性能，改善光活性層形貌，提高分子的載流子遷移率；

  （2）噻唑并噻唑中的氮原子具有一定的吸電子特性，可有效降低分子的HOMO和LUMO能級(jí)；

  （3）選擇烷基等修飾的五元單環(huán)給電子雜環(huán)芳基為π橋，可調(diào)控分子的溶解性、吸收及平面性等性能；

  （4）端基選用比中心核拉電子能力更強(qiáng)的單元，有利于激子的解離與傳輸，進(jìn)一步優(yōu)化吸收和載流子遷移率等性能；

  （5）選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的單/雙環(huán)芳基單元構(gòu)筑小分子受體材料，具有合成步驟少，制備成本低等優(yōu)點(diǎn)。

  因此，發(fā)展這類小分子受體材料具有強(qiáng)勁的應(yīng)用潛力。

  本工作中的器件制作與表征部分得到了四川大學(xué)彭強(qiáng)教授的幫助，理論計(jì)算方面得到了新加坡科技設(shè)計(jì)大學(xué)遲偉杰博士后的幫助。本項(xiàng)研究的開展得到了國家自然科學(xué)基金、江蘇省光伏科學(xué)與工程協(xié)同創(chuàng)新中心、江蘇高校品牌專業(yè)&優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)支持。

  該成果以“Simple-Structured Small Molecule Acceptors Constructed by a Weak Electron-Deficient Thiazolothiazole Core for High-Efficiency Non-fullerene Organic Solar Cells”為題，作為Hot Paper在線發(fā)表于Journal of Materials Chemistry A(DOI： 10.1039/C8TA09370A)。

  原文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/ta/c8ta09370a#!divAbstract