本技术涉及一种硒基不对称小分子受体材料的制备技术及其在有机太阳能电池领域的应用。该技术旨在提升基于硒元素的二元有机太阳能电池的光电转换效率,通过创新的制备方法,实现材料性能的优化。
背景技术
太阳能是最强大的可再生能源之一,可以通过非生物电子设备(如太阳能电池)有效地收集。而有机太阳能电池(OPV)由于其低成本,柔性,轻巧,材料结构多样和易于制造而备受关注。2015年,Lin和Zhan等人设计并合成了A-D-A结构的小分子受体(SMA)ITIC,包括一个融合环供电子(D)中心单元和两个强电子接受(A)IC(3-(1,1-二氰亚甲基)-1-茚酮)末端基团,这些SMA具有带隙窄、在长波长区域具有强吸收、合适的聚集特性和适当的能级。基于SMA的OSC的PCE达到10~14%。然后,Zou等人在2017年通过将吡咯熔融的苯并三唑或苯并噻二唑单元插入中心稠环D单元中,设计并合成了一系列A-DA′D-A结构的SMA.A-DA′D-A型SMA(Y6)显示出进一步的红移吸收,在长波长区域的吸光度增强,分子间相互作用更强。基于A-DA′D-A型SMA的OSC的PCE已从2019年的15%迅速增加到最近的19%以上。对于A-DA′D-A型SMA,A′单元的选择对于调整其光伏特性很重要。目前,A-DA′D-A型SMA中使用的A′单元大多是苯基缺电子的芳香环,包括苯并噻二唑(BT)、苯并三唑(BTz)和喹喔啉(Qx)。它们的吸电子能力在BT>Qx>BTz的顺序排列,而Qx和BTz提供了引入烷基或芳基取代基的位置,以微调它们的光学和电子特性。
基于喹喔啉的受体已应用于光伏和光催化领域。与苯并三唑和苯并噻二唑单元相比,喹喔啉部分可在NFA中实现强大的核心功能化,提供高度的结构修饰可能性。此外,它有助于构建具有独特分子包装模式和低重组能的高效NFA。
在分子设计方面,将功能杂原子(如F、Cl、O、S和Se原子)引入有机半导体的分子骨架已被证明能够有效调节分子的光电和堆积/聚集性质。与S原子相比,Se原子由于原子半径更大、外电子更丰富,表现出更强的电子供体能力,这使其成为同步构建近红外吸收SMA的理想选择,具有更强的π-π堆叠效应。此外,不对称策略近年来引起了极大的关注。得益于结构对称性的破坏,与对称受体相比,不对称受体可以获得更大的偶极矩和更强的分子间相互作用,从而获得更好的载流子传输和光伏性能。不对称受体带来的细微变化使结晶度、ππ堆叠和聚集倾向的微调成为可能,从而实现最终的形貌优化。
实现思路