来源：有机太阳能电池研读社

01 背景简介

低聚小分子受体(OSMAs)可以结合小分子受体 (SMAs)和聚合受体(PSMAs)的优点，包括明确的分子结构、高玻璃化转变温度和低扩散速率。然而，分子对称性和平面性的降低通常会降低分子间堆叠强度和有序性，从而降低有机太阳能电池的功率转换效率。在此，在 OSMAs 的二维平面的外围进行了最大的氟化，产生了 CH14F 的14个含氟二聚体受体，在目前所有 OSMAs 中提供了最富氟的分子骨架。骨架的充分外周氟化导致分子堆积更紧凑有序，从而提高了 OSCs 的填充因子。结果，PM6:CH14F:CH6 三元器件实现了 19.72% 的一流 PCE。更重要的是，PM6:CH14F 装置在 65 ℃下连续加热 1032 小时后，仍保留了超过 80% 的初始 PCE。此项工作表明，在 OSMAs 上实施足够的外周氟化可以通过显着增强的氟诱导的次级相互作用来克服分子堆积紊乱，从而同时为具有出色效率和稳定性的 OSCs 提供新的见解。

02 正文图片

图 1. (a) CH10F 和 CH14F 的化学结构。(b) 分子前沿轨道的空间分布。为便于比较，列出了 HOMO 和 LUMO 能级值。(c) 通过 CV 测量得出的能级。(d) UV-vis光谱。

图 2. (a, b) 纯薄膜的二维 GIWAXS 图样。(c, d) CH10F 和 CH14F 纯薄膜的线切割剖面图。(e, f) 纯薄膜随温度变化的 PL 光谱。

图 3. (a) 器件结构示意图。(b) OSCs 的 J-V 曲线。(d) 显示 ηdiss 和 ηcoll 的 Jph 与 Veff 曲线。(e) OSCs 的空穴和电子迁移率。(f) JSC 的光强（Plight）依赖性。(g) 光强（Plight）与 VOC 的关系。(h) 电致发光 EQE 的光谱。(i) OSCs 的 Eloss 和详细的 ΔE1、ΔE2 和 ΔE3 三部分值。

图 4.（a）混合薄膜的AFM高度和（b）在 2215 cm-1 处记录的AFM-IR图像。(c) 混合薄膜纤维直径的统计分布。

图 5. (a-c)优化的 OSC 混合薄膜的二维 GIWAXS 图样。(d, e) PM6:CH10F、PM6:CH14F 和 PM6:CH14F:CH6 混合薄膜的线切割剖面。(f）混合薄膜在 OOP 方向上的 (010) d 间距和在 IP 方向上的 (100) d 间距。

03 器件工艺

基于PM6:CH10F和PM6:CH14F NFAs的传统器件采用 ITO/PEDOT:PSS/PM6:NFAs/PNDIT-F3N/Ag 结构制造。具体来说，在超声波浴中依次用洗涤剂水、去离子水、丙酮和异丙醇清洗 ITO 涂层玻璃基底 15 分钟，然后用氮气吹干。使用前，在紫外线-臭氧室（Jelight 公司）中对清洗过的 ITO 基底进行 15 分钟的紫外线照射处理。然后，在 ITO 基底上以 4300 rpm 的转速旋涂一薄层PEDOT:PSS，时间为 20 秒。随后，将 PEDOT:PSS 薄膜在 160 ℃ 的环境条件下烘烤 15 分钟，并迅速转移到手套箱中。然后将二元 PM6:CH14F 混合物（D:A 比=1:1.2）完全溶解在供体浓度为 6 mg mL-1 的氯仿（CF）中，并在室温下搅拌 6 小时，然后以 2200 rpm 的转速在 PEDOT:PSS 层上旋涂 30 秒。旋涂后，混合薄膜在 90 ℃ 下退火 5 分钟。最后，在 2×10-6 Pa 下沉积 150 nm 的银。我们实验室的掩膜面积约为 3.24 mm2。测试期间的器件照明面积为 7×7 cm2。装置和掩膜的面积是用光学轮廓仪 (PSM-1000) 确定的。基于 PM6:CH10F 的二元器件采用上述程序制备。对于基于 PM6:CH14F:CH6 的器件，PM6:CH14F:CH6 溶液（按重量计为 1:0.1:1.1）在室温下搅拌 6 小时，然后以 2100 rpm 的转速在 2PACZ （0.3 mg/ml）层上旋转浇铸 30 秒。三元装置采用上述程序制备。