В этом исследовании были разработаны и синтезированы два новых ненаполненных фуллереном акцептора на основе бензотриазола - YTz-C11 и YTz-PhC6. Систематически изучено влияние замены боковой цепи в β-позиции тиофен-тиофенового звена с линейной функциональной группы (н-ундеканил) на двумерную функциональную группу (3-гексилфенил) на молекулярную структуру, физико-химические свойства, морфологию тонкой пленки и фотоэлектрические характеристики. Теоретические расчеты показали, что введение бензольного кольца в YTz-PhC6 приводит к значительному увеличению диэдрального угла между IC-концом и основной цепью молекулы (примерно 7,8°~8,3°), что оптимизирует упаковку молекул. Спектроскопические и электрохимические измерения показали, что YTz-PhC6 обладает более узкой оптической запрещенной зоной (1,37 эВ) и более низким уровнем LUMO (-3,82 эВ). Органический солнечный элемент на основе PBDB-T:YTz-PhC6 достиг преобразовательной эффективности 15,87%, что значительно выше, чем у устройства на основе YTz-C11 (10,67%). Его выдающиеся характеристики связаны с более быстрой передачей заряда, более сбалансированными подвижностями носителей заряда (μ_h/μ_e ≈ 1,05) и оптимизированной морфологией наномасштабного фазового разделения. Кроме того, результаты транзиентных фотоэлектрических измерений показали, что устройства YTz-PhC6 имеют более короткое время извлечения заряда (0,42 мкс) и более длительное время жизни носителей (0,95 мс). Это исследование демонстрирует, что введение двумерных боковых цепей в β-позиции ненаполненного фуллереном акцептора может эффективно регулировать упаковку молекул и фотоэлектрические свойства, предлагая новые идеи для разработки материалов высокоэффективных органических солнечных элементов.

органическая солнечная батарея; ненаполненный фуллереновый акцептор; бензотриазол; регулирование боковой цепи