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烷基侧链依赖的小分子自组装及其在高性能有机和钙钛矿太阳能电池中的应用

DOI：10.1016/j.nanoen.2020.104708 期刊：Nano Energy 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要： 有机半导体的分子自组装行为主要受结构设计、成膜工艺及器件构型影响，是实现高性能有机光伏（OPVs）和钙钛矿太阳能电池（PvSCs）的关键因素之一。本研究通过烷基侧链工程新合成并开发了强自组装特性的小分子材料。将噻吩基团上的"H"替换为"C6H13"后，SM2分子呈现出高度有序的面朝上取向排列。得益于这种促进电荷载流子动力学（包括增强电荷转移/传输及抑制复合）的自组装优势，基于SM2的OPVs和PvSCs器件性能较未引入己基侧链的SM1器件显著提升。当采用SM2作为小分子给体及空穴传输层（HTL）时，基于富勒烯的OPV器件和平面型PvSC分别实现了创纪录的9.38%和20.56%光电转换效率，而基于SM1的对应器件效率仅为8.70%和15.37%。值得注意的是，未掺杂SM2空穴传输层的平面PvSC不仅保持相当效率，其耐热湿稳定性更优于掺杂型spiro-OMeTAD器件。这些结果表明：具有高度有序自组装特性的SM2分子，有望成为未来高性能有机及无机-有机杂化电子器件的重要有机半导体材料。
作者： Sora Oh，Nasir Khan，Seon-Mi Jin，Huyen Tran，Namsun Yoon，Chang Eun Song，Hang Ken Lee，Won Suk Shin，Jong-Cheol Lee，Sang-Jin Moon，Eunji Lee，Sang Kyu Lee
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研究概述 实验方案

研究目的

研究烷基侧链工程对小分子分子自组装的影响及其在高性能有机和钙钛矿太阳能电池中的应用。

研究成果

研究表明，烷基侧链工程能有效调控小分子的分子自组装行为，从而提升有机光伏器件（OPVs）和钙钛矿太阳能电池（PvSCs）的性能。与SM1相比，带有额外己基侧链的SM2展现出更优异的器件性能和稳定性，这凸显了分子设计策略在推动有机及混合电子器件发展中的潜力。

研究不足

该研究聚焦于烷基侧链工程对分子自组装及器件性能的影响，但未探究合成工艺的可扩展性，也未评估器件在热湿测试之外实际工况下的长期稳定性。

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