北航孫艷明Angew：雙重兼容性極性可切換小分子在OSCs輔助電荷生成與傳輸路徑

主要內(nèi)容

有機太陽能電池（OSCs）的商業(yè)化進程面臨諸多瓶頸，包括相對較高的電壓損耗、給體 - 受體界面電荷生成不足以及形態(tài)不穩(wěn)定等關鍵問題。傳統(tǒng)的界面調(diào)控方法常陷入能量分布不匹配和/或分子相容性不佳的困境。

在此情形下，北京航空航天大學孫艷明教授和王鎮(zhèn)教授帶領其團隊展開深入研究。團隊設計并合成了兩種小分子L8 - CT和L8 - 2CT，它們是通過對明星非富勒烯受體L8 - BO進行端基取代得到的。在此過程中，L8 - BO逐漸從電子受體轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮咏o體。值得一提的是，具有完全端基取代結(jié)構(gòu)的L8 - 2CT在三元共混物中，與給體（PM6）和受體（L8 - BO）均展現(xiàn)出優(yōu)異的相容性/混溶性。L8 - 2CT與L8 - BO之間緊密的分子堆積，使激子擴散時間相較于PM6:L8 - BO體系縮短了一個數(shù)量級。L8 - 2CT的引入顯著增強了給體 - 受體分子在界面處的滲透性，開辟了輔助電荷生成和傳輸?shù)穆窂?，進而提高了界面電荷生成效率，增強了形態(tài)穩(wěn)定性。因此，PM6:L8 - BO:L8 - 2CT三元器件實現(xiàn)了高達20.33%的**效率，同時光穩(wěn)定性也得到顯著提升。這一成果從根本上挑戰(zhàn)了三元有機太陽能電池中第三組分的傳統(tǒng)設計范式。

具體而言，在該研究中，團隊對非富勒烯小分子受體L8 - BO的吸電子端基進行修飾，成功合成了不對稱的L8 - CT和對稱的L8 - 2CT衍生物。隨著端基取代程度的增加，實現(xiàn)了電子性質(zhì)的轉(zhuǎn)變：完全取代的L8 - 2CT作為電子給體，而半取代的變體L8 - CT則表現(xiàn)出中間特性。隨后，團隊將這些衍生物作為客座組分引入到PM6:L8 - BO體系中。與L8 - CT相比，對稱的L8 - 2CT與給體聚合物PM6和受體L8 - BO均表現(xiàn)出優(yōu)異的雙重相容性，形成了適當?shù)慕缑娣肿訚B透。盡管L8 - 2CT在結(jié)構(gòu)上與受體L8 - BO相似，但在活性層基質(zhì)中，其功能卻類似于電子給體，從而建立了額外的電荷生成通道和三維電荷傳輸網(wǎng)絡。激子擴散時間的縮短實現(xiàn)了超快的電荷生成，同時顯著抑制了陷阱介導的復合，而界面分子滲透則進一步增強了形態(tài)穩(wěn)定性。通過同時優(yōu)化開路電壓（Voc）、短路電流密度（Jsc）和填充因子（FF），基于L8 - 2CT的三元器件實現(xiàn)了高達20.33%的**光電轉(zhuǎn)換效率（PCE），光穩(wěn)定性也得到進一步提升。該研究提供了一種新穎的設計策略，即通過調(diào)控分子極性和相容性，在有機太陽能電池中實現(xiàn)輔助電荷傳輸路徑。

文獻信息

Dual-Compatible Polarity-switched Small Molecules Enable Auxiliary Charge Generation and Transport Pathways in Organic Solar Cells

Jiawei Deng, Guangkuo Dai, Lixuan Kan, Haisheng Ma, Jiali Song, Peiqing Cong, Ziwei Zhang, Xunchang Wang, Renqiang Yang, Zhixiang Wei, Zhen Wang, Feng Liu, Yanming Sun

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202517341

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