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近期随着非富勒烯受体材料的不断飞速发展，调控材料的结晶性与互溶性的方法也日渐成熟。在以往的报道中，大多数工作的研究重点聚焦在通过材料的侧链修饰等手段来达到平衡材料的结晶性与互溶性的目的。近期北京理工大学化学与化工学院的王金亮教授团队与四川大学彭强教授团队以及西安交通大学马伟教授合作在 Journal of Materials Chemistry A 上发表了题目为：“A bromine and chlorine concurrently functionalized end group for benzo [1,2-b: 4,5-b']diselenophene-based nonfluorinated acceptors: new hybrid strategy to balance the crystallinity and miscibility of blend films enabling highly efficient polymer solar cells” 的文章 (J. Mater. Chem. A, 2020, 8, 4856-4867)。

▲	图 1.（a）双取代氰基茚酮端基结构；（b）本文所涉及的三类双卤代端基修饰的受体材料结构

该系统性的工作首次合成了以单个溴和单个氯原子同时取代的一类新型的双卤代氰基茚酮端基（IC-BrCl），与此同时作者分别选取了双氯代氰基茚酮（IC-2Cl）和双溴代氰基茚酮（IC-2Br）作为参照对比的同卤代端基，并将三者分别引入到基于苯并二硒吩（BDSe）的非富勒烯小分子受体体系合成中，从而构建了以三种分子结构微调控（BDSe-2Cl, BDSe-BrCl, BDSe-2Br）为载体的研究体系（图 1 所示）。实验表明，三种受体分子中末端基团中卤素种类略有不同，直接导致受体材料的溶解性具有很大差异，具体来说随着末端基团中溴原子的增加而降低，但三种化合物的结晶性随着溴原子的增加而增加。另外，虽然三种受体分子中末端基团中卤素元素种类略有不同，但三者具有十分类似的薄膜吸收范围、光学带隙（1.39 eV）和电化学性质（图 2 所示）。

▲	图 2. 三类双卤代端基修饰的受体材料的薄膜吸收与循环伏安曲线

▲	图 3. 工作内容简图

光伏性能和薄膜形貌研究中表明，在与聚合物给体 PM7 共混制备混合膜时，BDSe-2(BrCl):PM7 的共混膜的结晶性与互溶性相比于 BDSe-4Cl:PM7 和 BDSe-4Br: PM7 达到了较好的平衡（图 3 所示），从而得到了更高和更加平衡的电荷迁移率。因此，在以 BDSe-4Cl/BDSe-2(BrCl)/BDSe-4Br:PM7 分别为活性层所构筑的太阳能电池中，基于 BDSe-2(BrCl):PM7 的非富勒烯受体电池的最高效率为 14.54%，而基于 BDSe-4Cl/BDSe-4Br:PM7 为活性层的光电转换效率分别是 13.83% 和 13.12%。三者光电效率的差异主要来自于填充因子（FF）的差别，由于基于 BDSe-2(BrCl):PM7 的共混膜具有更加平衡的电荷迁移率，故其填充因子最高，到达了 76.5%，而基于 BDSe-4Cl/BDSe-4Br:PM7 器件的 FF 分别为 74.1% 和 71.5%。另外我们发现目前所得到的 14.54% 的高效率也是基于杂化原子修饰的氰基茚酮端基构筑的二元非富勒烯受体电池中所取得的最高值。该工作一方面丰富了双卤素修饰的氰基茚酮端基的种类，另一方面提供了一种微调控材料结晶性和互溶性的新策略，为后续基于双卤素修饰的氰基茚酮的非富勒烯小分子受体的发展提供了一个新思路。

* 该部分研究工作受到国家自然科学基金面上项目、国家海外高层次人才引进计划青年项目、北京理工大学特立青年学者计划等项目的资助。

论文信息

A bromine and chlorine concurrently functionalized end group for benzo[1,2-b:4,5-b']diselenophene-based nonfluorinated acceptors: new hybrid strategy to balance the crystallinity and miscibility of blend films enabling highly efficient polymer solar cells
Shi-Sheng Wan, Xiaopeng Xu, Zhao Jiang, Jian Yuan, Asif Mahmood, Gui-Zhou Yuan, Kai-Kai Liu, Wei Ma*（马伟，西安交通大学）, Qiang Peng*（彭强，四川大学） and Jin-Liang Wang*（王金亮，北京理工大学）
J. Mater. Chem. A., 2020
http://dx.doi.org/10.1039/C9TA14070K

论文通讯作者

王金亮
 教授

北京理工大学

王金亮教授自 2013 年在北京理工大学独自建立课题组以来，以“单分散有机共轭大分子光电功能材料的合成和性能研究”为研究核心，在多氟代单分散宽带隙光伏给体材料、高效率含硒吩模块的窄带隙受体材料、聚集诱导荧光(AIE)材料等多种单分散大分子的高效合成以及性能调控方面做了深入地研究。至今在 J. Am. Chem. Soc.、Joule、ACS Energy Lett、Adv. Funct. Mater. 等国际著名期刊上已发表论文超过 70 篇。研究工作被 Chem. Rev.、Nat. Mater.、Nat. Commun.、Energy Environ. Sci.、J. Am. Chem. Soc. 等顶级刊物多次正面引用，其中 7 篇论文成为 ESI 高被引论文。

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最后编辑时间为: 2020-05-27 23:10 Wednesday