Angew: 有機光伏A-D-A型非富勒烯受體的光降解機理

導語：研究人員選擇IT-4F為研究物件，並分離出光降解產物，從而系統地研究了A-D-A型非富勒烯受體（NFAs）的光降解途徑。Angew：有機光伏A-D-A型非富勒烯受體的光降解機理

https：//doi。org/10。1002/anie。202109357

1.前言

目前，有機光伏（OPV）領域取得了顯著進展，相關器件效能的大幅度提高主要歸因於新型半導體材料的設計。特別是非富勒烯受體（NFAs）能夠顯著增強光吸收並擴大光譜覆蓋範圍，比傳統富勒烯電池產生更高的光電流。此外，NFAs的結構多樣性促使其合成可調性高，實現了具有高度最佳化的電子特性結構。

在所有NFAs中，A-D-A型結構是目前最成功的結構，其在可見光和近紅外（NIR）區域的高吸收率以及具有三維π-π相互作用的特殊固態堆積，促進了有效的電荷傳輸。其中，IT系列和Y系列的新型A-D-A結構的出現使得單結OPV的光電轉換效率（PCE）超過了19%，無疑是一項重大的突破。然而，活性層材料的光降解行為使得OPV器件的效能不夠穩定，而且目前對於降解產物還沒有明確的鑑定報告。因此，迫切需要對這一機理過程進行相應的研究。

圖1：IT-4F的光降解機理

2.簡介

基於上述的因素，近日，

加拿大麥吉爾大學Dmitrii F Perepichka教授

研究團隊系統地研究了A-D-A型NFAs的光降解途徑。研究人員選擇IT-4F為研究物件，並分離出光降解產物，結果發現，具有INCN端基的受體分子在光降解中會發生分子內環化，同時產生稠環異構體，而這些異構體無法透過質譜分析來區分開。該反應發生於IT-4F的純膜和共混膜中，能夠導致OPV器件的效能損失。反應透過三重態進行，並且由於激發態失活，在存在氧氣和電子給體的情況下反應速率較慢。

圖2：DFT計算反應路徑的活化能

事實上，光降解反應速率還取決於給體部分的外環結構，相關速率以並噻吩>噻吩>呋喃>甲基呋喃的順序依次降低，這一趨勢與透過DFT沿反應路徑計算的活化能很好地吻合，其中IDTMeF-4F具有優異的光穩定性。研究發現，當向基於PM6：IT-4F體異質OPV器件中新增一定數量的一代光降解產物P1時，由於其吸收和電荷傳輸效能較差，最終導致光電流和填充因子逐漸降低。這些結果進一步說明，NFAs的內在光穩定性對於OPV器件的長期穩定性至關重要。

圖3。不同NFAs的光降解速率比較

3.總結

綜上，該工作不僅系統地闡釋了NFAs的光降解行為的機理，同時也為未來的分子設計和應用提供了有效資訊。相關研究成果現已發表在國際頂級期刊《Angewandte Chemie International Edition》上，題為“Mechanism of the Photodegradation of A-D-A Acceptors for Organic Photovoltaics”。

本文關鍵詞：有機光伏，器件穩定性，光降解機理，PM6，IT-4F。

4.材料

PM6：1802013-83-7

IT-4F：2097998-59-7