Solar RRL:发展八元环引达省并二噻吩衍生物构筑高性能小分子受体材料

近年来, A-D-A 型小分子受体材料具有分子结构易于修饰,光谱和能级易于调控等优点,已成为有机太阳能电池领域的研究热点,有效地推动了光电转换效率(PCE)的不断提升。五元环引达省并二噻吩(IDT)作为一种最为广泛使用的中间核单元之一,通过拓宽主链共轭的方法,科研人员发展了一系列IDT衍生物(如:六元环IDT、七元环IDT和九元环IDT)来构筑高性能A-D-A型小分子受体材料。但是,八元环IDT衍生物及其A-D-A型小分子受体材料鲜有报道。

图1. IDT衍生物、PBT1-C、TTPTTT-IC、TTPTTT-2F和TTPTTT-4F的结构式

自从首次报道非对称多元稠环策略构筑高性能A-D-A型小分子受体材料以来(J. Mater. Chem. C, 2018, 6, 4873-4877), 北京航空航天大学孙艳明教授课题组在非对称多元稠环受体方面取得了一系列重要进展。比如,运用在IDT单元一边稠合一个基团的策略,发展了一种新型非对称的七元环IDT衍生物(非对称TPTTT构建单元),并成功地用于构筑高性能A-D-A型非富勒烯受体材料(J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 18847-18852)。最近,北京航空航天大学孙艳明教授课题组与韩国高丽大学Woo Han Young教授课题组合作报道了一种非对称的并二噻吩(TT)-苯(P)-并三噻吩(TTT)稠合构建单元TTPTTT,以这种新型八元环IDT衍生物为非对称中间核,首次系统地研究了无氟、单氟和双氟末端基团对非对称A-D-A型小分子受体材料在电子性质,电荷传输,薄膜形貌以及光电性能的影响。与无氟的TTPTTT-IC相比, 氟原子的引入使得氟化的受体材料(TTPTTT-2F 和TTPTTT-4F)具有更红移的吸收光谱、更低的电子能级、更高的电子迁移率和更强的分子间相互作用。与孙艳明教授课题组发展的聚合物宽带隙给体PBT1-C(Adv. Mater. 2018, 30, 1707353)共混时,基于氟化的受体材料共混薄膜展现出了更平衡的电荷传输,更有效的激子解离,更低的双分子复合几率。基于PBT1-C:TTPTTT-2F和PBT1-C:TTPTTT-4F的反向光伏器件的PCE分别达到了11.52%和12.05%, 远高于基于TTPTTT-IC的光伏器件(PCE=7.91%)。12.05%的效率也是迄今为止文献报道的基于非对称A-D-A型非富勒烯受体材料中的最高值之一。这项研究工作发展了一种新型八元环IDT衍生物构筑高性能A-D-A型小分子受体材料的方法。

相关工作发表在Solar RRL (DOI: 10.1002/solr.201800246)上,北京航空航天大学化学学院的2017级博士生李超和2016级硕士生宋佳利为共同第一作者。通讯作者为北京航空航天大学的孙艳明教授和韩国高丽大学的Woo Han Young教授。 

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