Small:新型简单小分子作为第三组分实现高性能三元OSC

体异质结（BHJ）有机太阳能电池（OSCs）因其在溶液处理方面的独特技术优势，引起了学术界和工业界的极大兴趣，目前已经开发出一系列重量轻、柔性高、半透明的器件。得益于A-D-A结构稠环电子受体（FREAs）的创新发展，单结和串联器件的光电转换效率（PCE）均已超过17%。为了进一步提高OSCs的性能和稳定性，同时满足商业应用的需要，研究人员提出了众多器件加工策略（如使用添加剂，热退火和蒸汽退火等），以调节活性层中的共混物形态。

目前，研究人员通过添加适当的第三组分到主体二元混合物的活性层中用以构建三元混合体系OSCs，添加的组分可以通过与给体或受体形成共混物或者作为单独的传输通道来调节相分布，因此BHJ活性层可以实现优化的相分离和电荷传输。该种策略具有高效性和简单性，已证实可以显著改善OSCs的性能。

基于以上的策略，近日，南京理工大学唐卫华教授课题组设计合成了一种结构简单、产率高的共轭分子DR8，该分子以吡咯并二噻吩（DTP）为核心，两端分别具有辛基取代的罗丹宁基团。DR8与聚合物给体PM6具有良好的相容性，并倾向于分布在PM6相附近，可以调节OSCs的光伏性能和稳定性。研究人员选择了两种典型的小分子受体（包括ITC6-4Cl和Y6），探讨了DR8作为第三组分对基于PM6:ITC6-4Cl/Y6的OSCs的性能影响。

研究结果显示，DR8对PM6:ITC6-4Cl共混物的吸收有了进一步的改善，而且π-π堆积距离的减小有利于促进激子的超快解离和更高的电荷收集效率，因此可以增强和平衡电荷迁移率，同时抑制电荷复合。当添加含量为10 wt%的DR8时，基于DR8:PM6:ITC6‐4Cl的三元OSCs器件的PCE高达14.94%，比基于PM6:ITC6‐4Cl的二元OSCs器件的PCE（13.52%）高出10%，同时短路电流密度（JSC）为22.04 mA cm?2，填充因子（FF）为77.94%。而在PM6:Y6共混物中，DR8作为第三组分的通用性得到进一步的证明，相应OSCs的PCE从15.44%提高到16.73%。更重要的是，与主体二元OSCs相比，三元OSCs表现出显著减弱的热老化程度和光热稳定性。这项研究表明，DR8可作为一种高效稳定第三组分添加剂以制备更高性能的OSCs。

综上，该工作不仅设计合成了一种新型简单高效的OSCs第三组分，同时也为促进OSCs的发展提供了相应的研究策略。相关研究成果现已发表在《Small》上，题为“ A Simple Dithieno[3,2-b:2’,3’-d]pyrrol-Rhodanine Molecular Third Component Enables Over 16.7% Efficiency and Stable Organic Solar Cells”。

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https://doi.org/10.1002/smll.202007746