港科大《EES》：效率17.7％！迄今为止这种有机太阳能电池最高值

有机太阳能电池（OSC）领域已朝着光电器件的实际应用迈进了一大步。OSC不仅在器件性能方面可与许多无机同类产品相媲美，而且还提供了许多优势，例如重量轻、溶液处理以及在便携式和柔性面板中的潜力。在过去的五年中，由于出现了具有高可调性的高性能非富勒烯受体（NFA），OSC的功率转换效率（PCE）已提高到17％以上。到目前为止，最先进的NFA是具有A0-DAD-A0结构的Y系列分子，当与宽泛的NFA结合使用时可提供15.7％的效率。随后，受到这一结果鼓舞的研究界在利用NFA充分利用NFA的潜力方面取得了连续性的突破。分子结构的微调，与供体聚合物匹配的的设备工程，以及对分子堆积和基本方面的深入研究。侧链工程已被证明是优化Y系列非富勒烯受体（NFA）的重要策略。以前的大多数报道都集中于改变Y6烷基侧链的支化位置和大小。

来自香港科技大学等单位的研究人员研究了侧链取向对NFAs性能和有机太阳能电池（OSCs）性能的影响。通过改变取代位置以及连接到中心核的侧链的方向，设计了三个异构的NFA，分别命名为o-BTP-PhC6，m-BTP-PhC6和p-BTP-PhC6。本文研究表明，最佳的侧链取向可以通过间位的己基苯基（m-BTP-PhC6分子）来实现，这对NFA的光吸收、分子间堆积和相分离产生了显着的有益影响。通过将供体聚合物PTQ10与m-BTP-PhC6配对，可以实现17.7％的器件效率，这是迄今为止基于PTQ10的非富勒烯OSC器件的最佳值。结果表明，调节Y系列NFA的侧链取向是实现良好形态，高电荷迁移率和太阳能电池性能的有前途的策略。相关论文发表在Energy & Environmental Science。

论文链接：

https://pubs.rsc.org/fi/content/articlelanding/2021/ee/d0ee03506h

图1.在这项工作中开发的供体聚合物PTQ10和受体材料o-BTP-PhC6、m-BTP-PhC6和p-BTP-PhC6的化学结构。

图2（a）氯仿溶液中三种受体的吸收光谱。（b）供体和受体薄膜的归一化UV-vis吸收光谱。（c）OSC设备中使用的相关材料的能级图。（d）在AM 1.5G光照下优化的J–V曲线。

图3.GIWAXS模式图

图4.2D GIWAXS模式图

图5.（a–c）PTQ10：o-BTP-PhC6，PTQ10：m-BTP-PhC6的AFM高度图像，（d和e）AFM相位图像和（g–i）TEM图像。

图6（a）J_ph与V_eff的关系图。（b）PTQ10：o-BTP-PhC6，PTQ10：m-BTP-PhC6和PTQ10：p-BTP-PhC6器件的VOC的光强度依赖性和（c）JSC的光强度依赖性。

总之，本文通过改变连接在中心核上的苯环上的侧链取代位置，合理地设计和合成了命名为o-BTP-PhC6、m-BTPPhC6和p-BTP-PhC6的三种异构NFA。研究了侧链取向对它们的光电和分子聚集性质的影响。迄今为止，文献中报道的基于PTQ10的OSC的PCE效率最高，为17.7％。本文的工作突出了侧链定向的重要性，并为高性能NFA的设计提供了替代方法。（文：SSC）