InfoMat:小分子有机太阳能电池的研究进展

有机太阳能电池具有质轻、柔性、可大面积制备等诸多优点受到广泛关注。近年来,有机太阳能电池的能量转换效率已经突破18%, 这些结果主要是基于聚合物电子给体材料和非富勒烯小分子受体材料取得的。相较与聚合物材料,有机小分子电子给体材料/受体材料具有结构确定、易纯化等诸多优点得到研究者的青睐。2017年以来,基于非富勒烯受体的全小分子器件获得了飞速的发展并获得了接近16%的能量转换效率,说明全小分子有机太阳能电池具有光明的未来。

鉴于此,华盛顿大学的阚斌、阚媛媛、左立见、史学亮和高珂(通讯作者)等人对该领域的最新研究进展进行了系统的讨论和分类,并对该研究领域的挑战和发展方向进行了展望。该综述主要对全小分子有机太阳能电池器件中的给体材料和受体材料进行了系统的总结,并阐述了材料的分子结构以及性能的关系。

在小分子给体方面,论文主要讨论了基于寡聚噻吩、苯并二噻吩 (BDT)、萘并二噻吩(NDT)以及卟啉单元的小分子给体材料;目前多数的高效全小分子器件是基于苯并二噻吩单元的A-D-A的结构小分子给体材料。为此,论文详细讨论了该类分子的中心单元、侧链单元、末端基团以及桥联单元对材料的性能以及相应器件性能的影响;需要指出的是基于卟啉单元的小分子给体材料的器件获得该领域目前的最高效率(15.88%)。在小分子受体方面,主要讨论了基于中间稠环结构的非富勒烯受体,包括中间稠环单元以及末端基团的优化等;目前高效的全小分子器件多数是基于Y6结构的小分子受体材料,搭配合适的给体材料获得高效的全小分子器件也是目前领域的研究热点。

最后,作者从小分子给体材料、小分子受体材料、形貌控制、三元器件、叠层器件、钙钛矿-有机太阳能电池集成器件以及器件稳定性等方面对该领域的挑战以及未来的发展进行了概述。本文有望为全小分子有机太能电池的最新发展提供一个全面的视角,并促进该研究领域的进一步发展。该工作在InfoMat上以题为“Recent progress on all‐small molecule organic solar cells using small‐molecule nonfullerene acceptors”在线发表(DOI: 10.1002/inf2.12163)。