设计基于二噻吩并萘的受体材料，用于有机太阳能电池并具有优异的光伏参数

摘要： 科学家们正聚焦于非富勒烯类受体材料，因其具有高效的光伏特性。本研究基于实验合成的参考化合物R，通过结构修饰设计了四种新型二噻吩并萘基受体分子，其光伏性能更优。这些新设计分子均以二噻吩并萘为核心，分别连接四种不同的端基受体单元：2-(5,6-二氟-2-亚甲基-3-氧代-2,3-二氢茚-1-亚基)丙二腈(H1)、2-(5,6-二氰基-2-亚甲基-3-氧代-2,3-二氢茚-1-亚基)丙二腈(H2)、2-(5-亚甲基-6-氧代-5,6-二氢环戊[c]噻吩-4-亚基)丙二腈(H3)和2-(3-(二氰基亚甲基)-2,3-二氢茚-1-亚基)丙二腈(H4)。通过与参照物R对比，分析了这些设计分子的各项光伏参数。所有新分子均表现出更窄的HOMO-LUMO能隙（2.17-2.28 eV，参照物R为2.31 eV）。前沿分子轨道(FMO)图证实了电子从给体到受体的转移过程。这些分子在可见光区均呈现宽幅吸收，且最大吸收波长较R发生红移。与R相比，所有研究分子的激发能更低，表明其具有更高的电荷转移速率。为评估开路电压，将设计受体与经典给体PBDB-T共混，其中H3分子展现出最高的Voc值（1.88 V）。通过TDM分析揭示了电子激发过程行为及给受体单元间的电子空穴分布情况，所有分子的结合能均低于R，其中H3最低（0.24 eV），反映其具有最强的电荷转移能力。H2分子的电子与空穴重组能均低于R，预示其具备最高的电荷转移速率。