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利用并苯酰亚胺设计高效非富勒烯电子受体以实现高性能有机光伏器件

DOI：10.1021/acs.chemmater.9b03329 期刊：Chemistry of Materials 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 提高载流子迁移率、氧化还原稳定性、共混形貌及光伏性能，同时阐明结构-性能关系，仍是非富勒烯电子受体（NFA）用于有机太阳能电池的重要设计目标。尽管已从并苯二酰亚胺缺电子结构单元构建出众多NFA，但其光伏性能远逊于ITIC等基准稠环电子受体（FREA）。本文展示的新型双萘酰亚胺芳烯叉（BNIAs）通过亚甲基桥在给体-受体结构中引入并苯酰亚胺端基，兼具增强的电化学氧化还原稳定性、高载流子迁移率及优异光伏性能。当这些兼具FREA特性的BNIAs（分别为NIDT和NIBT）与给体聚合物PBDB-T配对时，器件效率达10.0-10.8%，与基准ITIC器件相当。研究发现FREA材料NIDT/NIBT与非FREA材料NITV的共混物具有相近电子迁移率，表明NIDT/NIBT器件更高的光伏效率并非源于电荷传输增强，而是共混形貌与光物理性质的差异所致。该结果表明：通过亚甲基桥联的给体-受体耦合模式将并苯酰亚胺引入分子架构，是开发高效且电化学稳定的有机太阳能电池材料的有效设计策略。
作者： Nagesh B. Kolhe，Sarah M. West，Duyen K Tran，Xiaomei Ding，Daiki Kuzuhara，Noriyuki Yoshimoto，Tomoyuki Koganezawa，Samson A. Jenekhe
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究基于并苯酰亚胺的非富勒烯电子受体（NFAs）在高效有机太阳能电池中的设计与性能。

研究成果

研究表明，将并苯酰亚胺结构单元与甲川桥连的给体-受体耦合基元相结合，是设计高效且电化学稳定性优异的有机太阳能电池材料的有效策略。自由基阳离子受体材料NIDT和NIBT展现出与基准ITIC器件相当的高光伏效率，其性能提升主要源于共混形貌差异与光物理特性差异，而非电荷传输性能的改善。

研究不足

该研究聚焦于一类含并苯酰亚胺的近红外受体材料（NFA），其性能对比仅限于ITIC等基准富勒烯受体（FREA）。研究结论可能不直接适用于其他类型NFA或给体聚合物。

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