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前言回顾

有机太阳能电池（OSCs）因其环境友好、可溶液处理和柔性而备受关注，Y系列非富勒烯受体（NFAs）的出现使得OSCs的功率转换效率（PCE）得到显著提高，目前已经超过19%。中心核共轭扩展策略在设计高性能受体方面非常有效，但目前仍有一些问题值得探究。例如，稠合缺电子单元（如苯并噻二唑）以及中心核的电子构型对分子光伏性能的影响。因此，利用新的分子设计策略来探究这些问题就显得非常重要。

图1. 受体分子的化学结构与特性

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文献简介

有鉴于此，近日，南开大学陈永胜教授、阚斌特聘研究员、武汉大学钟成副教授等人设计并合成了三个具有不同缺电子中心核A-D-A特征的NFAs：CH-BQ、CH-iBQ和CH-BBQ。其中，CH-BQ和CH-iBQ是两种同分异构噻二唑修饰的受体分子，二者仅在中心核的共轭延伸方向上不同，而CH-BBQ则具有苯并双噻二唑结构。与CH-BQ相比，CH-iBQ表现出优化的能级、更好的电荷传输以及与聚合物给体（PM6）改善的混溶性。因此，基于PM6:CH-iBQ的二元OSCs实现了17.97%的PCE，开路电压（VOC）为0.875 V，短路光电流密度（JSC）为26.04 mA cm-2，填充因子（FF）为78.5%。相比之下，基于PM6:CH-BQ的器件表现出12.85%的低PCE、VOC为0.84 V、JSC为23.61 mA cm-2、FF为64.8%。

图2. 不同器件的光伏性能比较

此外，具有苯并双噻二唑结构的受体CH-BBQ表现出最佳的原纤维网络形态，从而改善了共混膜中的电荷产生和传输，最终基于PM6:CH-BBQ的二元OSCs的PCE为18.19%，并且基于PM6:CH-BBQ:BO-4Cl的三元OSCs获得了更高的PCE为18.94%。进一步的，为了了解缺电子中心核延伸对受体、给体/受体相互作用和光伏器件性能的影响，研究人员还进行了DFT计算和分子动力学（MD）模拟。

图3. DFT计算与分子动力学模拟

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文献总结

综上，该工作为NFAs的结构修饰和电子调控开辟了一条新的途径，为高性能有机光伏材料的分子工程提供了新的策略。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》上，题为“Electronic Configuration Tuning of Centrally Extended Non-Fullerene Acceptors Enabling Organic Solar Cells with Efficiency Approaching 19%”。

本文关键词：有机太阳能电池，非富勒烯受体，电荷传输，中心核，分子设计。

转自：“有机钙钛矿光电前沿”微信公众号

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