太阳能电池能将无穷无尽的太阳能直接转换为电能，可以有效缓解能源危机和大量使用化石能源带来的环境污染，因而成为研究热点之一。有机太阳能电池作为一种第三代太阳能电池，具有成本低、质量轻以及可以溶液法制备大面积器件等突出优点。活性层材料(包括给体材料和受体材料)对有机太阳能电池性能至关重要。高性能有机太阳能电池往往采用宽带隙给体材料与窄带隙受体材料共混来获得互补和宽的吸收光谱，因此拓宽小分子受体材料的吸收光谱对提高有机太阳能电池意义重大。
理论有机化学与功能分子教育部重点实验室曹佳民副教授课题组设计合成了一种基于强给电子单元噻吩并[3,2-b]吲哚核的小分子受体材料TIT-2FIC，其与咔唑核类似小分子DTC(4Ph)-4FIC相比，HOMO能级得到大幅提升，吸收光谱也得到有效拓宽。与此同时，小分子受体材料TIT-2FIC的LUMO能级得以保持，这样保证了相应的电池获得较高的开路电压。
小分子受体材料TIT-2FIC表现出较好的普适性，与常用的聚合物给体材料PBDB-T和PM6共混制备的有机太阳能电池的能量转换效率分别达到了11.80%和13.00%，其光电流更是显著优于基于DTC(4Ph)-4FIC的对比电池。更重要的是，基于PM6:TIT-2FIC:Y6的三元电池的能量转换效率更是达到了17.22%，显著高于相应的PM6:Y6二元电池的16.04%。此外基于PM6:TIT-2FIC:IT-4F的三元电池的能量转换效率也从PM6:IT-4F电池的13.41%提高到14.46%。结果表明TIT-2FIC在提高三元电池的光伏性能上具有较好的普适性。
图1. 噻吩并吲哚核小分子受体材料TIT-2FIC的化学结构和光伏性能
相关研究成果以“Low-bandgap nonfullerene acceptor based on thieno[3,2-b]indole core forhighly efficient binary and ternary organic solar cells”为题发表在SCI一区杂志Chemical Engineering Journal上(IF 13.273)。论文第一作者为我院2018级硕士研究生谢亮，通讯作者为曹佳民副教授、常州大学谭华副教授、桂林电子科技大学张坚教授和瑞典查尔姆斯理工大学Ergang Wang教授。该研究工作得到了国家自然科学基金委(21604021)，湖南自然科学基金委(2018JJ3141)，化学化工学院和理论有机化学与功能分子教育部重点实验室等的经费资助和大力支持。
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894721032551
