设计新型小分子受体的核心单元以提高有机光电器件效率
2020-08-11 22:12:30
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了解下一代小分子的化学结构将是提高有机光伏（OPV）性能的关键步骤；OPV的小分子不仅决定光吸收的程度，还决定其形态，小分子受体的核心单元的结构变化，在保持相同的末端基的情况下，对其光电结构、分子有序性、与聚合物给体共混物的形态以及它们的光伏性能都有影响。
台湾新竹交通大学的王浩成教授和桃园核能研究所的龚华炜教授等人以PTQ10为给体，采用四种具有氯化封端基团的受体：ID-4Cl、IT-4Cl、m-ITIC-OR-4Cl和Y7制备了OPV器件。改变核心单元会影响聚合物PTQ10的畴尺寸。
Y7采用梯形中心对称稠环结构，骨架上带有烷基链和TPBT核心单元的氮原子，取代了sp3杂化碳主链为烷基链，用氮原子取代IDT和IDTT核的sp3杂化碳原子，从而提高PTQ10聚合物的结晶度，使其产生更多具有更好混溶性和更大界面面积的激子。
PTQ10：Y7共混物显示出卓越的性能，有助于更有效的电荷分离，更宽的光吸收范围和更高的吸收系数，所有这些都有助于提高光子利用率。这种混合物显示出很强的ICT特性，基于PTQ10:Y7的器件在我们测试的体系中实现了最高的PCE（14.5%）。
这种增强可以归因于（1）Y7的S，N-杂芳烃梯形稠环核的共轭程度更高，从而改善了短路电流密度，（2）sp2杂化氮侧链对Y7面面排列方向的诱导和较小的畴尺寸的影响，（3）能量损失更小。本研究揭示了核心结构对器件性能的重要性，为OPV新材料的设计提供了指导。