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武汉理工大学王涛、李伟等人研究发现,低聚非富勒烯受体(o-NFAs)是构筑高效、稳定有机太阳能电池(OSCs)极具潜力的材料。然而,分子构型与表面性质在调控有机太阳能电池电极附近高效电荷收集所需的垂直相分布方面所发挥的确切作用,目前尚不明确。该研究合成了两种三聚体星型低聚受体TAQ-15F与TBQ-15F,分别采用稠环与非稠环三噻吩-苯核心骨架。研究表明,骨架结构修饰几乎不会影响材料的能级结构与光吸收光谱,但能够显著改变低聚非富勒烯受体的表面自由能,进而调控其在光活性层内部的垂直相分布。其中,TBQ-15F具有更高的分子扭曲构型,其侧链可沿面外方向有序排布,因此拥有远低于TAQ-15F的表面自由能。
研究通过逐层沉积工艺将TBQ-15F引入经典D18/L8-BO光活性层体系,角依赖掠入射广角X射线散射(GIWAXS)测试与X射线光电子能谱(XPS)深度剖析结果表明,更低的表面自由能可诱导形成更显著的垂直分层与梯度分子分布,实现阴极侧受体富集、阳极侧给体富集的理想相分布结构。基于D18/L8-BO+TBQ-15F构建的三元有机太阳能电池实现了20.8%的认证光电转换效率(PCE),同时器件的工作稳定性得到有效提升。
文献信息
Star-ShapedOligomerAcceptorsviaCoreEngineeringforTernaryOrganicSolarCellsWith20.8%CertifiedEfficiency
JunXu,LiangWang,JingchaoCheng,WeiyiXia,ChenChen,ZiruiGan,JunqiLiu,JingZhou,ZexinChen,HuiWang,DanLiu,WeiLi,TaoWang
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.78330
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