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基于半经验模型对非富勒烯受体进行合理有效设计，实现效率超过15%的有机太阳能电池

DOI：10.1039/D0TA03087B 期刊：Journal of Materials Chemistry A 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要： 尽管有机光伏（OPVs）已取得显著进展，但其活性层材料设计通?；谑源矸āＨ绾魏侠砩杓苹钚圆悴牧弦越徊教嵘齇PV性能仍是挑战。本文基于我们提出的半经验模型，在受体分子F-H基础上设计合成了两种新型小分子受体F-2F和FO-2F。通过二氟取代端基修饰的F-2F虽呈现红移吸收，但仍远离半经验模型要求的范围。为此，我们通过在F-2F骨架中巧妙引入氧原子进行分子微调，设计出吸收进一步红移且更接近模型优选范围的FO-2F。当与给体聚合物PM6共混时，基于FO-2F的OPV器件实现了15.05%的卓越光电转换效率（PCE），开路电压（Voc）达0.878 V，短路电流密度（Jsc）为22.26 mA cm-2，填充因子（FF）高达0.77。其中Voc和Jsc均处于模型预测范围内。这些结果表明，FO-2F分子成为继Y6系列后又一能实现超15% PCE的新型受体范例。
作者： Xin Ke，Lingxian Meng，Xiangjian Wan，Mingpeng Li，Yanna Sun，Ziqi Guo，Simin Wu，Hongtao Zhang，Chenxi Li，Yongsheng Chen
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研究概述 实验方案

研究目的

根据半经验模型指导，合理设计活性层材料以进一步提升有机光伏器件性能。

研究成果

在半经验模型的指导下，设计并合成了两种新型小分子受体F-2F和FO-2F。基于FO-2F的有机光伏器件实现了15.05%的优异光电转换效率（PCE），开路电压（Voc）为0.878 V，短路电流密度（Jsc）为22.26 mA cm-2，填充因子（FF）高达0.77。这表明以我们开发的半经验模型为指导，能够从先前性能优异的分子出发设计并实现更高性能的分子。

研究不足

FO-2F的吸收起始波长虽接近半经验模型建议的最佳值，但仍非完全优化状态。Eloss背后的具体机制仍不明确。

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