近5年來，在有機吸光材料，特別是窄禁帶受體的快速發展的推動下，有機太陽能電池(OSCs)取得了前所未有的發展。通過對受體分子結構的精確調整，有機太陽能電池的短路電流密度(JSC)超過26 mA cm-2，fill因子超過80%。目前，由於較高的電壓損耗(Vloss)，有機太陽能電池(OSCs)的開路電壓(VOC)較低。提高窄禁帶受主的光致發光量子產率對於抑制有機太陽能電池中的非輻射電壓損失(ΔVnr)至關重要。
來自北京師範大學和東華大學的學者設計合成了兩個骨架相同但端基不同的受體SM16和SM16-R。與SM16-R相比，SM16與聚合物供體PBDB-T共混後具有更好的溶解性、更高的PLQY和更有利的納米形態。以SM16為第三組分，基於PBDB-T：Y14：SM16的器件的功率轉換效率達到17.1%，明顯高於基於PBDB-T：Y14和PBDB-T：SM16的器件的功率轉換效率。結果表明，基於PBDB-T：Y14：SM16的三值OSC的功率轉換效率為17.1%，明顯高於基於PBDB-T：Y14和PBDB-T：SM16的二值器件的功率轉換效率。這些結果表明，通過端子組工程策略來提高低帶隙受體區的PLQY對於降低OSCs的噪聲比是非常有效的。相關文章以「High-Effciency Organic Solar Cells with Reduced Nonradiative Voltage Loss Enabled by a Highly Emissive Narrow Bandgap Fused Ring Acceptor」標題發表在Advanced Functional Materials。
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https://doi.org/10.1002/adfm.202107756
圖1.本文中使用的接受器的設計原則。
圖2. a)SM16和SM16-RA在稀CB溶液中的歸一化吸收光譜；b)作為原始薄膜；c)將薄膜與PBDB-T混合；d)PBDB-T、SM16和SM16-R的能級；e)J-V曲線和f)EQE曲線，並計算優化後OSCs的JSC值。
圖3.a)PLQY；b)基於SM16和SM16-R的OSC的電致發光量子效率隨注入電流的變化情況以及c)這兩種器件的電壓損失分析圖。
圖4.基於a)SM16，b)SM16-R，c)PBDB-T：SM16，以及d)PBDB-T：SM16-R；AFM和TEM圖像的FLMS的2D-GIWAXS圖案，例如，g)PBDB-T：SM16和f，h)PBDB-T：SM16-R。
圖5. a)J-V曲線圖，b)EQE曲線，c)電致發光量子效率隨注入電流的函數測量，d)Jph-Veff曲線圖，以及e)PBDB-T：Y14和PBDB-T：Y14：SM16優化OSC的JSC-Plight曲線圖。
綜上所述，本文設計併合成了兩個具有不同端基的融合環受體SM16和SM16-R。與含有兩個二甲基取代端基的SM16-R相比，含有兩個三維降冰片烯基改性端基的SM16與PBDB-T共混時具有更大的溶解度、更高的PLQY和更好的形態。基於PBDB-T：SM16的二值OSC的PCE為11.14%，ΔVnr值非常低，為0.145 V。使用SM16作為PBDB-T：Y14系統的第三組分，三元OSCs的PCE值為17.1%，是基於PBDB-T的OSCs的最高值。這些結果表明，使用降冰片基修飾IC端基是一種開發高發射率、窄帶隙、高效率OSCs受體的巧妙策略。（文：SSC）
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