目前,有机太阳能电池非富勒烯受体主要是Y6及其衍生物,其具有600 - 900 nm光吸收范围、中等HOMO能级和高结晶性等特点。这要求聚合物给体具有相匹配的物理性质,例如互补的光吸收、匹配的HOMO能级和优异的形貌相容性。然而,完全满足这些要求的聚合物较少,如何设计合成高性能的聚合物给体仍然具有挑战。由于氟的原子半径小、吸电子能力强(诱导效应)且易形成丰富的分子间弱相互作用,因此氟原子可用于调控聚合物的能级、结晶度和载流子迁移率等。尽管氟原子广泛用于共轭聚合物的设计合成,然而多氟取代的缺电子单体很少被报道。
最近,汕头大学武庆贺教授课题组利用1,2-二溴四氟苯和3,3''''-二(三甲基锡基)-5,5''''-二(三甲基硅基)-2,2''''-联噻吩为起始原料,通过一步Stille反应简便地合成了FNT-2TMS,脱去TMS即可得到新型稠环化合物4,5,6,7-四氟萘 [2,1-b:3,4-b′]二噻吩FNT(图1)。利用FNT设计合成的聚合物PFNT-F和PFNT-Cl(图2)具有如下优点:(1)多氟取代使聚合物具有较低的HOMO能级(~ -5.5 eV)和较宽带隙(~ 2.0 eV) (2)原子间丰富的弱相互作用(F…H, F…F)使聚合物具有高的薄膜结晶性和高效的空穴传输;(3)与多氟取代的非富勒烯受体N3具有良好的相容性,共混薄膜具有纳米纤维状形貌且在基底上采用Face-on取向,而在纯膜中主要采用Edge-on的取向。由于匹配的光电物理性质、高效的电荷传输、以及优异的形貌和相分离,基于PFNT-F/Cl:N3的有机太阳能电池具有高达0.80的填充因子(FF),以及优异的光电转换效率17.53 % 和18.10 %(图3),这使它们成为最好的给体材料之一。该工作说明多氟取代是设计合成高性能聚合物给体的高效策略。
原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202215930
下载:A Multifluorination Strategy Toward Wide Bandgap Polymers for Highly Efficient Organic Solar Cells
- 兰州交大夏养君教授课题组 Adv. Mater.: 氮-氧自由基共轭聚合物作为添加剂减少有机太阳能电池非辐射能量损失 2023-03-24
- 香港科技大学颜河、东华大学胡华伟 AFM:卤化作用揭示小分子/聚合物受体中不同的分子构型与堆积效应,指导制备高效有机太阳能电池 2023-02-26
- 广州大学孙会靓教授等《Nat. Commun.》:基于连续共聚的多组分全聚合物半导体材料实现高效稳定有机太阳能电池 2023-02-23
- 华南理工段春晖教授《Adv. Funct. Mater.》:发展超宽带隙聚合物给体用于半透明有机太阳电池 2022-12-30
- 武汉大学闵杰教授团队《Adv. Mater.》:具有高普适性的低成本聚合物给体 2022-11-25
- 四川大学彭强教授课题组 Angew:非常规氨基甲酸酯侧链用于聚合物太阳能电池给体材料 2022-10-23
- 唐本忠院士、王志明研究员课题组 Angew:共平面分子策略实现窄化光谱紫外光材料的设计及进展 2022-10-16