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前言回顾

全小分子有机太阳能电池（ASM?OSCs）的活性层材料由小分子给体和小分子受体组成，由于其明确的分子结构而具有优异的材料和器件重复性。二元和三元ASM?OSCs器件的功率转换效率（PCE）分别超过16%和17%。然而，优化的器件性能通常需要后处理如热退火（TA），这会增加器件的非辐射电压损失（ΔVnr）。因此，在ASM?OSCs的给体设计中，应考虑对后处理对分子造成的聚集效应。此外，为了减轻这一效应对空穴迁移率的影响，同时考虑到有效电荷产生、电荷传输和低ΔVnr，应调整材料结构设计策略，从而获得良好的相分离和π?π堆积。

图1.相关分子结构与基本性质

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文献简介

基于课题组先前报道的高效小分子给体材料M-PhS，近日，国家纳米科学中心魏志祥研究员、邓丹副研究员团队设计并合成了三种小分子给体材料MPhS?C6，MPhS?C4和MPhS?C2，其分别具有丁基到乙基的封端烷基链，经TA处理后HOMO能级的上移受到抑制。与MPhS?C6相比，MPhS?C2薄膜表现出较小的驱动力，当使用BTP?eC9作为受体时，共混物形成了较小相分离、紧密分子堆积的体异质结，最终器件的PCE为16.54%，并且能够产生有效电荷（短路电流密度为26.86 mA cm-2），ΔVnr为0.182 V（开路电压为0.886 V）。值得注意的是，在不含任何添加剂情况下，基于MPhS-C2/BTP?eC9的优化共混物中实现了高外部电致发光量子效率，比其相应的原始受体高八倍以上。当添加1,8?二碘辛烷（DIO）时，可以有效改善空穴迁移率，相应器件获得了创纪录的PCE为17.11%，同时能量损失为0.497 eV。

图2.热处理对分子性质的影响

图3.器件结构与光伏性能

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文献总结

综上，该工作设计了对TA处理不敏感的新型高效小分子给体，可以同时提高短路电流密度和开路电压，最终实现高PCE的ASM?OSCs，为后续的分子设计提供借鉴与参考。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Advanced Materials》上，题为“Donor End-capped Alkyl Chain Length Dependent Non-Radiative Energy Loss in All-small-molecule Organic Solar Cells”。

本文关键词：有机太阳能电池，小分子给体，分子设计，分子堆积。

转自：“有机光电前沿”微信公众号

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