Adv. Sci.: 局部不对称F,Cl二取代策略实现15.3%效率的全小分子OSC ：Adv.Sci.:局部不对称F|Cl二

原标题：Adv.Sci.:局部不对称F,Cl二取代策略实现15.3%效率的全小分子OSC
全小分子有机太阳能电池（ASMOSC）作为一种特殊的体异质结OSC ，由于其结构更为清晰、纯度高以及器件的高重现性，因此成为了更有优势的候选材料。最近，基于Y6的非富勒烯受体（NFA）引起了广泛关注，并在PCE方面取得了快速进展。采用Y6型NFA ，单结二元ASMOSC的PCE高于14% ，三元ASMOSC的PCE高于15.8% ，然而ASMOSC的性能仍落后于聚合物OSC ，后者在单结器件中的PCE超过18% 。 ASMOSC的PCE较低的主要原因是难以控制ASM活性层的形态，从而限制了电荷分离和传输的改善。考虑到小分子的优点，进一步提高ASMOSC的光电性能是非常必要的。目前，众多改进型的Y6衍生物受体材料在聚合物OSC中展示了优异的性能，如BTP-4Cl和BTP-2F-2Cl等，但二者与强结晶小分子给体材料（如BTR-Cl）能级并不匹配。因此，设计新型Y6衍生物受体材料，以获得适当的结晶度和相分离，对于ASMOSC来说具有重要意义。

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图1：相关分子化学结构， ASMOSC结构示意图以及性能测试
鉴于此，近日中国科学院重庆研究院陆仕荣研究员、肖泽云研究员，重庆大学孙宽研究员等人合作设计和开发了一种新型Y6型的不对称受体BTP-FCl-FCl ，用以匹配高性能小分子给体BTR-Cl 。 BTP-FCl-FCl具有相同端基上的F ， Cl二取代，提供局部不对称结构。循环伏安法测定的结果显示，与BTP‐2F‐2Cl相比， BTP‐FCl‐FCl分别表现更低的HOMO和LUMO能级，二者的光学间隙（Egopts）均为1.33ev 。光谱数据显示， BTP‐2F‐2Cl和BTP‐FCl-FCl的主吸收峰分别位于835.5nm和845.5nm ，而BTR-Cl则在450-700nm处显示出强烈的吸收，这一点在吸收和能量水平上与BTP-FCl-FCl受体互补。

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图2：两种ASMOSC的相关特性比较
研究人员随后测试了基于BTR-Cl:BTP-2F-2Cl/BTP-FCl-FCl的ASMOSC的相关性能。与BTP-2F-2Cl相比，基于BTP-FCl-FCl的设备提供了更高的性能，填充因子（FF）从71.41%提高到75.36% ，短路电流密度（JSC）从22.35mAcm-2增加到24.58mAcm-2 ，最终使得光电转换效率（PCE）提高15.3% 。研究人员也解释了相关原因：与不对称受体分子BTP-2F-2Cl相比，局部不对称的BTP-FCl-FCl具有更低的偶极矩、更大的平均电子静电势和更低的分布无序，从而有助于电荷产生和提取。此外，基于BTP-FCl-FCl的活性层呈现出更有利的畴尺寸和更精细的相分离，有助于更快的电荷提取、更长的电荷载流子寿命和更低的复合速率。因此，所制备的器件具有更优异的性能。

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图3：两种ASMOSC的AFM表征
总之，这项工作不仅为ASMOSC性能的进一步突破做出了相应的贡献，同时也说明了局部不对称结构设计可以作为提高ASMOSC性能新的策略。相关研究成果现已发表在《AdvancedScience》上，题为“15.3%EfficiencyAll-Small-MoleculeOrganicSolarCellsAchievedbyaLocallyAsymmetricF,ClDisubstitutionStrategy” 。
文献地址：
https://doi.org/10.1002/advs.202004262
文中所涉及材料：
BTR-Cl：2410661-17-3
BTP-2F-2Cl
【Adv. Sci.: 局部不对称F,Cl二取代策略实现15.3%效率的全小分子OSC】BTP-FCl-FCl