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常州大学朱卫国教授团队:采用弱缺电子噻唑并噻唑单元构筑结构简单的受体材料并应用于有机光伏器件
2018-11-06 来源:中国流变网    点击次数:51次    

  以富电子稠环单元为核的A-D-A型小分子是近年研究最广泛、器件效率最优异的受体材料,目前基于这类型受体材料的有机太阳能电池(OSCs)能量转换效率(PCE)已经突破15%。但是,这些高效率的电子受体材料大都由复杂的多稠环结构构筑而成,多步合成导致成本偏高。因此,开发结构简单、低成本、高效的光伏受体材料是OSCs产业化发展的方向。

  近期,常州大学材料科学与工程学院朱卫国教授课题组首次提出用弱缺电子噻唑并噻唑核代替富电子多稠环核构筑结构简单的、基于三元受体单元的线性A(π-A''''-A")2 型小分子受体材料,TTz1和TTZ2,分子结构如图 1所示。研究了中心核和末端受体单元结构对受体材料的光物理、电化学和光伏等性能的影响。他们将这类小分子受体材料与聚合物给体材料J71共混,获得了能量转换效率高达8.77%的本体异质结有机太阳能电池。本研究工作对于创新发展结构简单、高效、低成本的有机光伏受体材料具有重要意义。

图1. TTz1和TTZ2的分子结构

  他们提出的以噻唑并噻唑单元为核的小分子受体材料具有以下特点:

  (1)分子中的噻唑并噻唑单元,具有刚性的平面结构,可以增强分子间的π-π和偶极作用,优化分子的结晶性能,改善光活性层形貌,提高分子的载流子迁移率;

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

  (3)选择烷基等修饰的五元单环给电子杂环芳基为π桥,可调控分子的溶解性、吸收及平面性等性能;

  (4)端基选用比中心核拉电子能力更强的单元,有利于激子的解离与传输,进一步优化吸收和载流子迁移率等性能;

  (5)选用结构简单的单/双环芳基单元构筑小分子受体材料,具有合成步骤少,制备成本低等优点。

  因此,发展这类小分子受体材料具有强劲的应用潜力。

  本工作中的器件制作与表征部分得到了四川大学彭强教授的帮助,理论计算方面得到了新加坡科技设计大学迟伟杰博士后的帮助。本项研究的开展得到了国家自然科学基金、江苏省光伏科学与工程协同创新中心、江苏高校品牌专业&优势学科建设项目的经费支持。

  该成果以“Simple-Structured Small Molecule Acceptors Constructed by a Weak Electron-Deficient Thiazolothiazole Core for High-Efficiency Non-fullerene Organic Solar Cells”为题,作为Hot Paper在线发表于Journal of Materials Chemistry A(DOI: 10.1039/C8TA09370A)。

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

 
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