近来，南边科技大学化学系副教授何凤课题组在动力领域尖端期刊Joule宣布最新研讨成果，介绍了团队组成的一种定位三氟甲基替代的高效有机太阳能电池受体资料，该资料可经过H/J集合的协同效果构成具有更多电子跳动传输结点的三维网络结构，可极大改进电荷在分子间的传输，大幅进步器材功能。
有机非富勒烯小分子受体资料柔弱买卖组成简略，在可见光乃至是近红外区域有较强吸收，且能级可调，因而近年来受到了渐渐的变多的重视，其研讨也取得了打破性发展。尤其是根据稠环单元的小分子受体资料，经过优化其稠环单元结构，调整烷基侧链，以及引进卤原子等办法，能够使其单节太阳能电池的能量转化功率打破16%。其间，卤原子的引进能够有用调控这类小分子的吸收光谱以及能级散布，是一种分外的简略有用的提高非富勒烯有机太阳能电池器材功能的途径。大多数小分子受体资料引进氟、氯或许溴原子后吸收光谱红移，HOMO和LUMO能级下降，电子迁移率提高，结晶性改进，从而得到更好的器材功能。但是，比较引进单个卤原子，三氟甲基官能团对有机太阳能电池受体的影响却鲜有报导。
课题组成功买卖并组成了三氟甲基化的端基IC-CF3–m，并运用重结晶别离战略得到了三氟甲基定位替代的端基IC-CF3–γ, 两者与BT-2CHO发作Knoevenagel缩合反响，得到了两个窄带隙小分子BTIC-CF3–m和BTIC-CF3–γ。研讨发现，相较于氟原子替代的BTIC-F-m和氯原子替代的BTIC-Cl-m，BTIC-CF3–γ吸收光谱红移起伏更大，其吸收边达到了951nm，对应的光学带隙为1.3eV，归于超窄带隙受体的领域，这极大地得益于三氟甲基超强的吸电子才能。
图1. 受体分子结构以及其吸收光谱和能级结构示意图
图2. BTIC-CF3–γ受体分子的单晶结构
经过研讨BTIC-CF3–γ分子的单晶结构，团队发现BTIC-CF3–γ分子中S O=C构型互锁的Y型平面结构，使中心的两个端基坐落骨架的同一侧。关于常见的小分子受系统统，分子间首要经过端基与端基之间的π-π相互效果堆积构成J集合主导的分子摆放。而在BTIC-CF3–γ的单晶中，研讨人员发现，分子间不只存在端基与端基之间的J集合，还有稠环中心之间的堆积构成的H集合，因而BTIC-CF3–γ分子间的堆积具有J-集合和H-集合交互的分子摆放堆积特征，这种摆放堆积方法能构成更多的分子间结点，更有利于载流子的高效传输。此外，三氟甲基的引进并没有由于位阻效应破坏分子间的堆积，反而构成了三氟甲基与硫原子之间强的多重相互效果。这些多重分子间相互效果和H/J集合的协同效果使BTIC-CF3–γ构成了一个具有更多电子跳动传输结点的三维网络结构，这类似于富勒烯资猜中各向同性的传输，可极大加速电荷在分子间的传输，明显改进器材功能。
图3. 太阳能电池器材数据
在器材研讨中，研讨人员将BTIC-CF3–γ与给体PBDB-TF共混，所制备的太阳能电池器材能量转化功率可达15.59%，而根据氟替代的BTIC-F-m和氯替代的BTIC-Cl-m器材功率别离只要13.61%和13.16%，这得益于BTIC-CF3–γ超窄的带隙以及明显红移的吸收光谱。有必要留意一下的是，15.59%的功率在超窄带隙资料（带隙小于等于1.30eV）中是现在文献报导的最高值。再将BTIC-CF3–γ与Y6，PBDB-TF共混制备三元器材后，其能量转化功率更是达到了16.50%，进一步显示出BTIC-CF3–γ在三元系统等器材结构中的巨大使用价值。
在该研讨中，团队成功地将三氟甲基引进到稠环电子受体中，得到了超窄带隙受体BTIC-CF3–γ，并将其使用于太阳能电子器材中，极大地进步了器材的能量转化功率，充沛体现出光谱红移和超窄带隙的优势，在多元系统、半透明器材和叠层器材使用方面展示出十分有潜力的远景。更重要的是，BTIC-CF3–γ的单晶结构有助于研讨人员从分子层面了解这类分子的堆积方式以及分子间相互效果，也为进一步买卖新的高功能资料供给了有利的根据和辅导。
2017级南科大-哈工大联培直博生赖寒健是论文榜首作者，南科大化学系博士后赵巧巧、陈子毅和前沿与交叉科学研讨院研讨助理教授陈晖为文章一起榜首作者，化学系副教授何凤为通讯作者，南边科技大学为榜首单位和仅有通讯单位。此外，华南理工大学郑楠博士、南科大化学系副教授张元竹、2016级南科大-北大联培博士生晁鹏杰、2016级南科大-澳门大学联培博士生莫代泽、2018级南科大-哈尔滨工业大学联培博士生祝育林以及南科大2017级本科生朗咏雯也对该文有重要贡献。
本项研讨得到了国家自然科学基金、深圳基础研讨方案、深圳市诺贝尔奖科学家实验室、广东省立异创业团队项目和南边科技大学剖析测试中心的大力支持。
来历 南边科技大学
文章链接：
https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.02.004
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