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引入三氟甲基以增强氢键作用提升有机太阳能电池效率

DOI：10.3389/fchem.2020.00190 期刊：Frontiers in Chemistry 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要： 如今，三元策略已成为提升有机太阳能电池（OSC）功率转换效率（PCE）的常用方法。第三组分与给体或受体之间的分子间相互作用对实现高性能至关重要。然而，作为强分子间相互作用的氢键在三元OSC中鲜少被考虑。本工作通过在新合成的小分子DTBO上引入三氟甲基来增强DTBO与IEICO-4F间的氢键。由于氢键的存在显著影响静电势（ESP）并促进活性层的π-π堆叠，该三元OSC展现出优异的电荷提取能力和低电荷复合率。在基于DTBO、PTB7-Th和IEICO-4F的三元器件中，其PCE从典型二元器件的11.02%提升至12.48%，短路电流密度（JSC）从24.94 mA/cm2增至26.43 mA/cm2。此外，添加DTBO可实现能量从DTBO向PTB7-Th的转移，并拓宽共混薄膜的吸收光谱。掠入射广角X射线散射（GIWAXS）图谱显示添加10 wt% DTBO后IEICO-4F的π-π堆叠间距减小。该氢键效应在PM6:Y6体系中同样显现——对比二元体系15.49%的效率，三元体系实现了16.64%的效率。本研究表明，通过引入三氟甲基增强氢键以改善π-π堆叠，可有效提升OSC的性能。
作者： Hao Zhang，Xiaoyang Du，Yunhan Tang，Xi Lu，Lei Zhou，Caijun Zheng，Hui Lin，Silu Tao
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究引入三氟甲基以增强氢键作用从而提高有机太阳能电池效率的效果。

研究成果

引入三氟甲基以增强DTBO与IEICO-4F之间的氢键作用，通过改善π-π堆积、促进电荷提取并减少电荷复合，显著提升了三元有机太阳能电池的性能。该策略在其他非富勒烯受体体系中也证明有效，显示出其在实现有机太阳能电池更高效率方面的潜力。

研究不足

该研究聚焦于氢键对三元有机太阳能电池中π-π堆积和电荷转移的影响，但未探究器件的长期稳定性或可扩展性。研究仅限于特定的给体和受体材料，其发现可能并不普遍适用于所有有机太阳能电池体系。

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