基于苯并三氮唑π-桥单元协同高效率和低能量损失的全小分子有机太阳电池

作     者：郭静 胡克 邱贝贝 杨登宸 李骁骏 章津源 孟磊 张占军 李永舫 Jing Guo;Ke Hu;Beibei Qiu;Dengchen Yang;Xiaojun Li;Jinyuan Zhang;Lei Meng;Zhanjun Zhang;Yongfang Li

作者机构：School of Chemical ScienceUniversity of Chinese Academy of SciencesBeijing 100049China Beijing National Laboratory for Molecular SciencesCAS Key Laboratory of Organic SolidsInstitute of ChemistryChinese Academy of SciencesBeijing 100190China Key Laboratory of Solid State Optoelectronic Devices of Zhejiang ProvinceCollege of Physics and Electronic Information EngineeringZhejiang Normal UniversityJinhua 321004China Laboratory of Advanced Optoelectronic MaterialsSuzhou Key Laboratory of Novel Semiconductor-optoelectronics Materials and DevicesCollege of ChemistryChemical Engineering and Materials ScienceSoochow UniversitySuzhou 215123China 

出 版 物：《Science China Materials》 (中国科学（材料科学（英文版）)

年 卷 期：2022年第65卷第12期

页      面：3382-3391页

核心收录：

学科分类：07[理学] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 070303[理学-有机化学] 0703[理学-化学] 

基　　金：the National Key Research and Development Program of China(2019YFA0705900) the National Natural Science Foundation of China(51820105003,21734008,61904181,52173188 and 52103243) the Key Research Program of the Chinese Academy of Sciences(XDPB13) the Basic and Applied Basic Research Major Program of Guangdong Province(2019B030302007). 

主　　题：有机太阳能电池 有机光伏电池 短路电流密度 开路电压 填充因子 有机太阳电池 载流子迁移率 能量转化效率 

摘      要：降低电压损失(V_(loss))是有机光伏电池未来商业化应用面临的关键挑战之一.V_(loss)一般由活性层材料的光学带隙和器件的开路电压(V_(oc))之差定义,而V_(oc)则由给受体之间的最低未占据分子轨(LUMO)和最高占据分子轨道(HOMO)之间的能级差决定.本文通过引入苯并三唑(BTz)π-桥单元,利用末端调控策略合成了两种A-π-D-π-A型小分子给体SMBTz-1和SM-BTz-2.结果显示,BTzπ-桥单位显著降低了小分子给体的HOMO能级,使其具有较高的Voc和载流子迁移率,实现了高效率与低能量损失(小于0.5 eV)之间的平衡.最终,以SM-BTz-2为给体,Y6为受体的全小分子有机太阳能电池V_(o c)为0.91 V,短路电流密度(J_(sc))为22.8 mA cm^(−2),填充因子为68%,能量转化效率为14.12%.此外,该工作也进一步说明了苯并三唑π-桥单元是提高载流子迁移率,降低能量损失的有效构建单元.