Y6-2Br/Y6-C10C12-4Cl/PFSO-DTBT1系列研究

有機太陽能電池（OSCs）具有重量輕、靈活性強、柔性高、成本低、應用范圍等優點，在近十年內受到了關注。在OSCs材料的研究過程中，非富勒烯受體（NFA）的出現對器件效率起著至關重要的作用，Y系列受體表現出的光電性能，相關器件的光電轉換效率（PCE）已經突破了18%。事實上，很多工作致力于Y系列受體的結構研究，并研究出一系列優化其化學結構的方法。通常，Y系列受體由三部分組成：帶剛性芳香體系的缺電子核，吸電子端基和兩組側鏈（分別位于內部和外部位置）。這三部分都可以通過合理的改性和調節，從而微調分子性質。

例如，研究人員使用氯原子取代Y6受體中的氟原子，得到的BTP-4Cl分子不表現出的吸收紅移，而且降低了電壓損失，與基于Y6的器件相比，基于BTP-4Cl的器件的PCE到16.5%，開路電壓（ V OC）和短路電流密度（JSC ）也得到了。此外，還有一些研究針對決定溶解度和結晶度的內支鏈進行相關改性。通過將較長的2-丁基辛基鏈取代Y6的2-乙基己基鏈，所獲得的BTP-4F-12分子的溶解度和電子遷移率得到了，不取得了16.4%的更高PCE，而且還可以在型的溶劑中進行器件處理。

圖1:相關分子結構示意圖

研究團隊在Y系列受體噻吩單元β位上的不對稱取代方面做了很多工作。不對稱烷基-烷氧基取代既可以保持烷氧基取代的特點以獲得更高的VOC，又可以烷氧基引起的過度聚集，所研究出的不對稱受體Y6-1O的三元器件的PCE為17.6%。近日，該團隊利用氯原子取代Y6‐1O端基的氟原子，合成了一個Y6衍生物受體BTP1O‐4Cl‐C8。盡管基于BTP1O-4Cl-C8的器件表現出略高的VOC和JSC，但由于F到Cl的置換所引起的過度聚集性質使得填充因子（FF）和PCE相對較低，分別為69.9%和14.7%。為了解決這個問題，研究人員進一步優化分子結構將BTP1O‐4Cl‐C8的2-乙基己基鏈替換為2-丙基庚基鏈和2-丁基辛基鏈，終又合成了兩種受體分子BTP1O‐4Cl‐C10和BTP1O‐4Cl‐C12。

圖2:相關器件的光譜性質

研究結果顯示，雖然室溫下BTP1O‐4Cl‐C10在氯仿中的溶解度相對較差，但其在加熱之后可以很好地溶解。因此，采用熱溶劑工藝所制備的基于PM6:BTP1O-4Cl-C10的器件，獲得了77.6%的FF和16.4%的PCE。相反，BTP1O‐4Cl‐C12具有的溶解性，可以在室溫下直接加工，基于PM6:BTP1O-4Cl-C10的器件則獲得了更高的FF（78.8%）和PCE（17.1%）。

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