不对称非富勒烯小分子受体在有机太阳能电池中的研究进展综述

有机太阳能电池作为一种将光能转换成电能的清洁能源技术,由于其具有质轻、价廉、柔性和可溶液加工等优点,受到了学术界和工业界的广泛关注。有机太阳能电池的活性层通常由聚合物给体和小分子受体共混而成。根据分子结构是否对称,小分子受体可以分为对称小分子受体和不对称小分子受体。过去几十年以来,不对称富勒烯小分子受体一直伴随着有机太阳能电池兴起和发展,譬如被广泛使用的富勒烯衍生物 (PC61BM和PC71BM)分子结构就是不对称的。然而富勒烯小分子受体面临着分子结构难于修饰、可见光区域吸收弱、形貌稳定差、合成成本高等缺点,限制了其在有机太阳能电池的进一步应用。近年来,由于结构易于修饰,光谱和能级易于调控,以及形貌稳定性好等优点,非富勒烯小分子受体得到了快速的发展。与对称非富勒烯小分子受体相比,不对称非富勒烯小分子受体具有较强的分子结合能和较大的分子偶极矩等潜在优势,有利于增强分子间相互作用,提高电子迁移率和有机光伏器件性能。目前为止,基于不对称非富勒烯小分子受体的有机太阳能电池的光电转换效率已从2010年的1%逐步提高到了2019年的近14%。

最近,北京航空航天大学孙艳明课题组综述了过去十年以来不对称非富勒烯小分子受体在有机太阳能电池中的研究进展,包括早期与聚合物给体P3HT匹配的不对称非富勒烯小分子受体、不对称PDI类非富勒烯小分子受体以及不对称A-D-A型非富勒烯小分子受体;此外该综述对发展高性能不对称非富勒烯小分子受体材料的设计思路进行了讨论;最后对基于不对称非富勒烯小分子受体的有机太阳能电池发展前景作了展望。

相关论文以题为“Asymmetric Nonfullerene Small Molecule Acceptors for Organic Solar Cells”发表在Advanced Energy Materials (DOI: 10.1002/aenm.201900999)上,第一作者为北京航空航天大学的2017级博士生李超,通讯作者为北京航空航天大学的孙艳明教授。