轴对称和中心对称分子结构在非融合环状电子受体中对光伏性能的影响

《Journal of Materials Chemistry C》：The impact of axisymmetric and centrosymmetric molecular architectures in non-fused ring electron acceptors on photovoltaic performance

功率转换效率（PCE）受非共轭环电子受体几何结构影响显著。本研究设计合成轴对称TTCIC和中心对称TCIC两类NFREAs，发现TCIC具有更优的能级结构（LUMO-3.89 eV，HOMO-5.40 eV）和0.217 D的基态-激发态偶极矩变化。两种受体薄膜均呈现边对边取向，但与给体PBDB-T共混后，TTCIC保持边对边排列导致更强的电荷复合，致使其器件PCE仅0.60%；而TCIC形成面朝面排列，器件PCE达8.66%。研究证实NFREAs几何构型微调可调控分子堆叠取向和电荷复合行为，对提升OSCs性能至关重要。

　　

电子受体的几何构型对分子的偶极矩和堆叠行为有显著影响，从而对有机太阳能电池（OSCs）的功率转换效率（PCE）产生关键性作用。在这项研究中，我们分别通过引入3,6-双(辛-3-羟基)噻吩和3,4-双(辛-3-羟基)噻吩单元，设计并合成了两种非融合环状电子受体（NFREAs），即TTCIC（轴对称）和TCIC（中心对称）。与TTCIC相比，TCIC具有更高的最低未占据分子轨道（LUMO）能量（?3.89 eV vs. ?3.98 eV）、更低的最高占据分子轨道（HOMO）能量（?5.40 eV vs. ?5.35 eV）、较大的基态与激发态偶极矩变化（0.217 D vs. 0 D），以及较弱的分子间相互作用。有趣的是，这两种受体在薄膜中都呈现边缘朝向的分子排列；然而，在与聚合物供体PBDB-T混合后，TTCIC混合物薄膜表现出优先的边缘朝向排列，而TCIC混合物薄膜则呈现面朝向排列。这种形态差异导致PBDB-T:TTCIC混合物中的载流子复合现象更为严重。因此，基于PBDB-T:TTCIC的有机太阳能电池的PCE仅为0.60%，而PBDB-T:TCIC器件的PCE为8.66%。这些结果表明，精细调整NFREA的几何构型对于优化分子堆叠方向和提高有机太阳能电池的性能至关重要。