目前，基於高效的非富勒烯受體的有機光伏太陽能電池（OPV）已經取得了非凡的進步。通常來說，當使用Y6或其衍生物作為受體時，窄帶隙聚合物作為給體時，OPV的光電轉換效率（PCE）往往會超過16%。在二元OPV的基礎上，三元策略透過選擇匹配良好的第三組分並採用適當工藝技術，在進一步提高OPV效能方面顯示出巨大潛力。這是因為三元混合策略透過使用與主體材料互補吸收其它合適材料來增強活性層的光子捕獲能力，從而改善有源層的光子收集。然而，所用材料的相容性在確定活性層的相分離中也起著至關重要的作用，具有良好相容性的兩個給體/受體分子應當傾向於形成混合態，這有利於改善電荷分離和傳輸效率，要達到這樣的目的也是非常具有挑戰的一件事。

近日，北京交通大學張福俊教授，重慶師範大學牛連斌教授，以及韓國高麗大學Han Young Woo教授等人，設計了基於兩種結構相似，可互溶的Y6衍生物(BTP-BO-4F，Y6-1O)的OPV。BTP-BO-4F和Y6-1O具有相同的骨架結構，只不過是一個位點的烷基或烷氧基取代差別。透過將這兩種分子作為受體，以PM6作為給體，可以製備出高效能的OPV。研究結果顯示，基於PM6:BTP-BO-4F，PM6:Y6-1O的兩個二元OPV均表現出較高填充因子（FF>76%），短路電流密度（JSC）分別為25.33 mA/cm2與23.52 mA/cm2和開路電壓（VOC）分別為0.845 V和0.904V。二元OPV的高FF值表明相應材料具有良好的相容性，可以形成有效的電荷傳輸通道。

研究人員進一步將Y6-1O作為第三種成分新增到基於PM6:BTP-BO-4F的二元OPV中，當Y6-1O含量為15 wt%時，所製得的三元OPV的PCE高達17.59%，這得益於處理後的材料提高的JSC為26.13 mA/cm2，VOC為0.860 V和FF為78.26%。然而，隨著Y6-1O的摻入不斷增多，三元OPV的VOC逐漸增加，這說明BTP-BO-4F和Y6-1O之間具有良好的相容性，因此優選形成混合形態。同時，BTP-BO-4F和Y6-1O的級聯能級可以在三元活性層中形成有效的電子傳輸通道，而Y6-1O的主要貢獻可以概括為增強光子收集，最佳化相分離和調整分子排列。

總之，這項工作不僅探討了兩個良好相容的受體所具有的潛力，更為未來開發有效的三元OPV提供新的策略。相關研究成果發表在Wiley旗下的《RRL Solar》上，題為“Ternary Organic Photovoltaic Cells Exhibiting 17.59% Efficiency with Two Compatible Y6 Derivations as Acceptor”。

文獻地址：

https://doi.org/10.1002/solr.202100007

文中所涉及材料：

PM6（1802013-83-7），Y6（2304444-49-1），BTP-BO-4F（2389125-23-7）