基于罗丹明端基修饰的小分子受体实现高开路电压及高效有机太阳能电池的研究

本文推荐一篇关于不对称非富勒烯受体(NFAs)分子设计的创新研究。作者通过将罗丹明(RN)作为端基引入Y系列小分子受体(SMAs)，成功合成了三种不对称受体(BTP-Rh2F/Cl/Br)，其浅最低未占分子轨道(LUMO)能级使器件开路电压(VOC)突破0.95V。特别值得注意的是，将BTP-Rh2Cl作为第三组分加入PM6:BTP-eC9二元体系后，非辐射复合显著降低，最终实现18.03%的功率转换效率(PCE)和0.863V的VOC。这项工作为通过分子工程提升有机光伏(OPV)器件性能提供了新思路。

　　

Highlight

通过将罗丹明(RN)作为端基引入Y系列小分子受体(SMAs)，并采用卤素取代策略，成功合成了三种不对称受体——BTP-Rh2F、BTP-Rh2Cl和BTP-Rh2Br。所有SMA均表现出较浅的最低未占分子轨道(LUMO)能级，这使得相应器件获得了超过0.95V的高开路电压(V_OC)。然而，可忽略的最高占据分子轨道(HOMO)能级偏移限制了活性层中的激子解离效率。再加上电荷载流子迁移率的降低，这一限制导致了不尽人意的短路电流密度(J_SC)和填充因子(FF)。

Results and Discussion

通过将RN单元作为一端基团引入Y系列受体，同时在另一端基团上系统性地改变卤素取代(F、Cl、Br)，合成了不对称小分子受体BTP-Rh2F、BTP-Rh2Cl和BTP-Rh2Br。这些新型受体的合成方法(见支持信息Scheme S1)和相关表征(图S1-S8)均已在支持信息中提供，其化学结构如图1a所示。PM6和这些受体的紫外-可见(UV-vis)吸收光谱...

Conclusion

总之，通过将RN单元引入Y系列受体并采用卤素化策略，我们成功合成了三种不对称受体——BTP-Rh2F、BTP-Rh2Cl和BTP-Rh2Br。所有三种SMA都显示出较浅的LUMO能级，这有助于相应器件获得高V_OC值。然而，可忽略的HOMO能级偏移限制了活性层中的激子解离效率。再加上降低的电荷载流子迁移率，这一限制导致了不理想的J_SC和FF。