有机太阳能电池(OSC)中的二聚体受体具有独特的优势,包括明确的分子结构和出色的批间可重复性。它们的玻璃化转变温度(Tg)高,有助于实现最佳的动力学形态,从而提高器件的稳定性。目前,大多数二聚受体材料都与共轭单元相连,以获得较高的功率转换效率(PCE)。本研究有别于以往共轭连接的二聚受体,合成了一系列新型二聚受体(命名为T1、T4、T6和T12),每种二聚受体都与不同的柔性烷基连接体连接,并研究了它们的 PCEs、器件稳定性和柔性稳健性。当与PM6混合时,基于T6的器件实现了17.09%的PCE,与完全共轭的基于T0的器件17.12%的PCE相当。分子动力学模拟和密度泛函理论计算表明,柔性共轭断裂连接体(FCBL)可促进分子间电子耦合,从而保持二聚受体良好的电子迁移率。值得注意的是,基于T6的器件表现出令人印象深刻的长期稳定性,其T80寿命为1427 小时,而基于T0的器件的T80寿命仅为350 小时。因此,本研究工作确定了此类二聚受体中柔性烷基连接体的长度与OSC的性能和稳定性之间的关系,这对于进一步设计新材料以制造高效稳定的OSC具有重要意义。
图文简介
a ) PM6,T0,T1,T4,T6和T12的化学结构( D和A : BDT :苯并[ 1,2-b : 4,5-b ' ]二噻吩和BDD : 4H , 8H -苯并[ 1,2-c : 4,5-c ' ]二噻吩- 4 , 8 -二酮)部分的PM6供体,E和M:二聚体受体中的端基和中端基。b ) PM6,T0,T1,T4,T6和T12纯膜的归一化吸收光谱。c ) PM6:T0,PM6:T1,PM6:T4,PM6:T6和PM6:T12共混膜的归一化吸收光谱。d ) PM6,T0,T1,T4,T6和T12的能级图。
a )基于PM6:T0、PM6:T1、PM6:T4、PM6:T6和PM6:T12的OSCs的J-V特性和对应的EQE谱;c ) PCEs的统计直方图;d )在空气中连续1 个太阳光照射下测量OSCs器件的光稳定性;e )基于PM6:T0、PM6:T1、PM6:T4、PM6:T6和PM6:T12的OSCs的Jph-有效电压Veff特性和f ) Voc-光强特性。
a )优化的PM6:T0,PM6:T1,PM6:T4,PM6:T6和PM6:T12共混膜的AFM高度图像。b )从PM6:T0,PM6:T1,PM6:T4,PM6:T6和PM6:T12共混膜的二维GIWAXS中分别提取面内和面外的线切割轮廓。
a ) T0的分子内电子耦合;b ) T0的分子间电子耦合;c ) T6的分子间电子耦合;d ) T12的分子间电子耦合。
论文信息
通讯作者:Xian-Kai Chen, Yanming Sun
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