太陽能電池能将無窮無盡的太陽能直接轉換為電能，可以有效緩解能源危機和大量使用化石能源帶來的環境污染，因而成為研究熱點之一。有機太陽能電池作為一種第三代太陽能電池，具有成本低、質量輕以及可以溶液法制備大面積器件等突出優點。活性層材料(包括給體材料和受體材料)對有機太陽能電池性能至關重要。高性能有機太陽能電池往往采用寬帶隙給體材料與窄帶隙受體材料共混來獲得互補和寬的吸收光譜，因此拓寬小分子受體材料的吸收光譜對提高有機太陽能電池意義重大。
理論有機化學與功能分子教育部重點實驗室曹佳民副教授課題組設計合成了一種基于強給電子單元噻吩并[3,2-b]吲哚核的小分子受體材料TIT-2FIC，其與咔唑核類似小分子DTC(4Ph)-4FIC相比，HOMO能級得到大幅提升，吸收光譜也得到有效拓寬。與此同時，小分子受體材料TIT-2FIC的LUMO能級得以保持，這樣保證了相應的電池獲得較高的開路電壓。
小分子受體材料TIT-2FIC表現出較好的普适性，與常用的聚合物給體材料PBDB-T和PM6共混制備的有機太陽能電池的能量轉換效率分别達到了11.80%和13.00%，其光電流更是顯著優于基于DTC(4Ph)-4FIC的對比電池。更重要的是，基于PM6:TIT-2FIC:Y6的三元電池的能量轉換效率更是達到了17.22%，顯著高于相應的PM6:Y6二元電池的16.04%。此外基于PM6:TIT-2FIC:IT-4F的三元電池的能量轉換效率也從PM6:IT-4F電池的13.41%提高到14.46%。結果表明TIT-2FIC在提高三元電池的光伏性能上具有較好的普适性。
圖1. 噻吩并吲哚核小分子受體材料TIT-2FIC的化學結構和光伏性能
相關研究成果以“Low-bandgap nonfullerene acceptor based on thieno[3,2-b]indole core forhighly efficient binary and ternary organic solar cells”為題發表在SCI一區雜志Chemical Engineering Journal上(IF 13.273)。論文第一作者為我院2018級碩士研究生謝亮，通訊作者為曹佳民副教授、常州大學譚華副教授、桂林電子科技大學張堅教授和瑞典查爾姆斯理工大學Ergang Wang教授。該研究工作得到了國家自然科學基金委(21604021)，湖南自然科學基金委(2018JJ3141)，2003网站太阳集团和理論有機化學與功能分子教育部重點實驗室等的經費資助和大力支持。
原文鍊接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894721032551
