富勒烯基分子具有高电子迁移率，在早期的太阳能电池中被广泛应用，但是其具有光吸收性能较低、结构难以调控、分子溶解性差等缺点。与之相比，非富勒烯分子能够有效的改善这些问题。因此近些年，基于非富勒烯受体的旋涂型有机太阳能电池的快速发展展现了非常好的应用前景。但是在保护性气氛中旋涂制备的有机太阳能电池并不适合大规模应用，此外，制备过程中使用的高毒性溶剂，同样不符合环境和可持续发展的要求。因此，开发环境友好和可大规模应用的材料是非常重要的目标。

       中科院化学所林禹泽、北京大学占肖卫、香港中文大学路新慧以及首都师范大学、武汉大学合作开发了一种富环电子受体（F10IC2），这种电子受体中包括十环中心并提供分子溶解性的烷氧基链，通过和PTB7-Th结合，这种分子受体能够在空气气氛中实现使用氯苯或者邻二甲苯（无氯溶剂）进行刮涂制备电池，并且没有后处理就能达到较好的工作效率（氯苯实现12.5 %效率，邻二甲苯实现11.4 %效率），这个效率值在目前刮涂法中是最好的。作者认为通过烷氧基修饰能够实现具有高光活性太阳能电池材料，并且这种方法能够实现大规模应用，在将来有可能实现大规模工业化。

本文要点：

(1）电池制备方法。合成了A-D-A型FREA F10IC2型分子，其中的10个环构成的分子中心对分子间的相互作用和电荷传递有较好的提升作用。通过烷氧基对分子的修饰，F10IC2分子能够扩展光吸收范围，并且显著改善了分子的溶解性，使这种材料能够在非氯代溶剂中处理。F10IC2分子的能级结构和PTB7-Th有较好的配合。制作了基于indium tin oxide (ITO)/ZnO/PTB7-Th: F10IC2/MoO3/Ag的太阳能电池。电池制作过程中不需要溶剂加入处理、加热煅烧处理、加热旋涂处理、蒸发溶剂处理等过程。

(2）发现刮涂方法比通过旋涂方法得到的电池有更高的工作效率。分别在氯苯和邻二甲苯中旋涂制备的太阳能电池展现了11.7 %和10.7 %的工作效率。分别在氯苯和邻二甲苯中通过刮涂法制备的太阳能电池展现了12.5 %和11.4 %的工作效率。使用刮涂法在氯苯制备的PTB7-Th: F10IC2材料太阳能电池展现了12.5 %的工作效率，开路电压0.766 V，电流密度为23.8 mA/cm²，填充因子68.5 %。这种电池的光吸收范围达到930 nm，外量子效率达到79.5 %。

       通过空间电荷限制电流(Space charge limited current (SCLC))方法对空穴和电子的迁移率进行测试。刮涂法得到的薄膜展现了10^-4数量级的空穴迁移率(μ_h)和电子迁移率(μ_e)。μ_h/μ_e范围为0.6~2。

参考文献

Xiaona Han; Jingshuai Zhu; Yiqun Xiao; Haotian Jiang; Zhenzhen Zhang; Jiayu Wang; Zhen Li; Yuze Lin*; Xinhui Lu*; Xiaowei Zhan*

Alkoxy‐Solubilizing Decacyclic Electron Acceptor for Efficient Ecofriendly As‐Cast Blade‐Coated Organic Solar Cells

Sol. RRL. DOI: 10.1002/solr.202000108

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/solr.202000108