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  有機(jī)太陽(yáng)能電池（OSCs）由于其成本低、重量輕、透明且能夠使用溶液制備大面積器件而獲得了廣泛的研究關(guān)注。得益于非富勒烯受體（NFA）和與之匹配的聚合物供體的發(fā)展，OSCs的能量轉(zhuǎn)換效率（PCE）已被提高到19%。然而，OSC 仍然落后于無(wú)機(jī)和鈣鈦礦同類(lèi)產(chǎn)品，需要進(jìn)一步探索和創(chuàng)制新的 NFA，以?xún)?yōu)化其電子結(jié)構(gòu)特性和聚集特征，從而實(shí)現(xiàn)器件性能的突破。

  氟功能化有機(jī)半導(dǎo)體的分子主鏈或側(cè)鏈已被證明在調(diào)整OSC材料的能級(jí)、分子堆積、表面能以及活性層形貌等方面非常有效。例如，前期研究表明，在Y系列NFA的末端基團(tuán)中引入三氟甲基基團(tuán)可以實(shí)現(xiàn)超窄帶隙和3D互穿的分子堆積網(wǎng)絡(luò)。近期的研究中，氟代烷基鏈已成功引入到Y系列NFAs的吡咯單元中，從而降低表面能，有效地調(diào)控垂直相分布，進(jìn)而提升器件效率。然而，目前尚未探索將氟代側(cè)鏈引入Y系列NFAs外部側(cè)鏈的可能性。此外，操控含氟烷基受體的分子堆積和相分離仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)檫^(guò)多的氟化可能導(dǎo)致不理想的形貌并損害器件性能。因此，研究Y系列NFAs的側(cè)鏈氟功能化的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系對(duì)于精確控制氟代鏈、最終實(shí)現(xiàn)高性能OSC至關(guān)重要。

圖 5. (a) 共混薄膜的薄膜深度依賴(lài)性光吸收光譜. (b) 模擬激子產(chǎn)生示意圖. (c) 不同薄膜深度對(duì)應(yīng)激子產(chǎn)生速率. (d) 氟功能化對(duì)相分布和激子產(chǎn)生的影響機(jī)制示意圖.  

  作者合成了兩種不同程度氟化側(cè)鏈的不對(duì)稱(chēng)NFA，并對(duì)氟功能化對(duì)其電子結(jié)構(gòu)特性、分子堆積以及相關(guān)器件性能的影響進(jìn)行了系統(tǒng)研究。研究結(jié)果表明，精確控制側(cè)鏈氟化能夠增強(qiáng)由ESP誘導(dǎo)的供體/受體分子間靜電相互作用，從而改善分子堆積和活性層形貌。在此基礎(chǔ)上，基于BTP-F5的二元器件的效率提高到了17.3%，而基于BTP-F0的器件的PCE為16.1%。此外，基于PM1:BTP-PC6:BTP-F5的三元有機(jī)太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)了19.2%的PCE。這項(xiàng)研究工作表明，通過(guò)對(duì)Y系列NFA外側(cè)鏈進(jìn)行適度氟官能化來(lái)調(diào)整ESP誘導(dǎo)的分子間靜電相互作用，是實(shí)現(xiàn)最佳共混物形態(tài)的有效策略。這種調(diào)整有助于在追求高效有機(jī)太陽(yáng)能電池時(shí)實(shí)現(xiàn)更高的J_SC和FF。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202400086