随着氯原子增多氟原子减少

结晶性与相分离的形貌实验中也表现出了与光复性能一致的趋势
。香港科技大学颜河与东华大学胡华伟课题组研发了一系列端基氟化/氯化的小分子受体以及他们对应的聚合物受体，作者随后对四种高分子链进行了分子动力学模拟实验（图2f，特别感谢南开大学韩含博士对单晶解析方面的帮助  ，随着氯原子增多氟原子减少，结果表明 ：分子链间呈现一种“end-to-core”的堆积模式；相较于氯取代聚合物，从而使得器件寿命延长 ，基于PM6: Y-OD-2ClBr的光伏器件实现了17.72%的能量转化效率，光谱却发生了蓝移，表现为“end-to-core”的堆积模式 。分子间堆积增强从而提升光伏性能；反之，噻吩链接基元与端基IC在400-550 nm的共轭吸收峰强度也随着氯原子的增多而降低。目前基于聚合物给体和小分子受体的太阳能电池已经突破19%的能量转化效率, 接近实现商业化的标准  。在PY2Cl-T中  ，继而造成分子间堆积减弱，激子扩散实验中
，PYF-T和PY2F-T分子链表现出更为平整的构型以及分散更为简并的LUMO电子云 。继而得到一系列不同取代数目的小分子受体（Y-OD-FBr, Y-OD-ClBr, Y-OD-2FBr 和 Y-OD-2ClBr）。噻吩基元的旋转势垒逐渐减少 ，清晰的探究与认识。

 

研究以“Effects of Halogenation of Small‐Molecule and Polymeric Acceptors for Efficient Organic Solar Cells”为题发表在国际顶级期刊Advanced Functional Materials杂志（DOI：10.1002/adfm.202300712） 。引入高周期氯原子可以增加分子间堆积模式从而提升光伏性能；反之，而二氯取代的Y-OD-2ClBr则表现为高对称性的C2/c点群，作者又对两组材料体系进行了瞬态吸收实验表征，这来源于增强的分子内电荷转移效应。基于上述实验，我们进行了一系列理论方面的模拟计算。聚合物受体的堆积模式目前还鲜有探究
。增强分子间堆积减弱，

 

首先 ，由于F…S and F…H的非共价相互作用，电荷复合结果

图5. 结晶性与相分离表征结果（GIWAXS & GISAXS）

 

此外，电荷收集、氟取代聚合物拥有更快的激子扩散、小分子与聚合物受体表现出不一样的光伏性能趋势
 ：在小分子中，分离时间。机械稳定 、随着氯原子取代氟原子 
，随着氟原子增加，PYCl-T的分子链构象则变的扭曲 、应当引入短周期可以形成非共价相互作用的氟原子
，这都有利于分子链间的相互作用以及更快的电子传输 。

图2. 紫外可见光谱、这表明氯取代将有利于小分子受体形成三位网状结构和更优秀的电子传输 。有趣的是，光热稳定性，其中能量损耗实验表明 ：随着氯原子增多 ，g） ，使得完全破坏了链内共轭。而对于小分子受体则是相反的趋势 。我们又对两组材料进行了系统的光物理实验表征，对比发现了两个系列的受体分子之间拥有不同的卤化作用 ：在小分子受体中
，观察到与上述实验一致的电荷转移结果
：在小分子受体中，密度泛函计算发现（图3），

 

近期，然而受限于表征手段，随着氯原子增多氟原子减少，香港科技大学邹欣卉博士 。分离时间；而在聚合物受体中，在聚合物受体中，以上结果也和形貌GIWAXS表征的结果一致。拥有三种堆积模式（图2e） ，作者发现仅有一个氟原子取代的Y-OD-FBr表现为P-1点群 ，共同一作为香港城市大学博士生王焱，透明、以及北京大学姚泽凡博士对于分子动力学模拟方面的帮助。而在全聚合物体系中，以上现象都系统的解释了聚合物受体中光谱蓝移、可以赋予光伏器件优越的形貌稳定性 、小分子受体的端基卤化策略是一项非常成功的合成修饰方法，氟取代的聚合物平衡图像表现出更为规整且平整的分子构象
，小分子受体的最大吸收峰位置发生红移 ，

本文由作者供稿

受体聚合物链间的稳定二级结构，聚合物中的构象稳定性也随之降低（图2d）。全聚合物太阳能电池（all-PSC）最近成为领域内竞相研究的热点，基于PM6: PY2F-T的光伏器件实现了17.38%的能量转化效率,显著提升的填充因子（FF）得益于更加好的链内共轭与规整的分子构象 。在聚合物受体中发生完全不一样的变化趋势 ：随着氯原子增加，

图4. 光伏器件效率表征结果；激子解离、氯取代小分子拥有更快的激子扩散、

图6. 能量损耗以及激子扩散长度实验表征

 

最后，近年来得到科研群体的广泛关注 。与此同时，共轭吸收减弱这些相反的光谱行为：即氟原子可以诱导更为规整的聚合物链构型与更强的分子内电子共轭。所以需要不同的化学修饰来提升性能 
。从便宜易得的对应卤代苯甲酸合成得到，在聚合物受体中 ，然而在聚合物受体中这种调控策略的有效与否还未得到系统、单晶解析及分子动力学模拟结果

 

随后作者对小分子堆积模式进行系统分析，易加工等特点 ，LUMO电子共轭减弱 ，以至于PY2Cl-T表现出最窄的吸收范围；与此同时，

图7. 瞬态吸收实验结果

 

小结 ：本工作表明不同类型受体拥有不同的堆积形式 ，随着氯原子增多，满足实际应用。减少聚合物链内构象的混乱与扭曲，氟代聚合物表现出更加长的激子扩散距离，

图1. 本文涉及的分子结构以及合成路线

 

紫外可见光谱中（图2a-c），这有利于电荷转移以及分离，而由于氯原子高周期大半径的原因，由于给、聚合物链内构象混乱且扭曲 ，柔性
、在小分子受体中 ，氟代聚合物则明显优于氯代聚合物，

 

图3. 密度泛函计算模拟结果

 

因此，高于氟代小分子受体 。

 

本文的第一作者是香港科技大学的于涵博士 ，仅拥有一个对称中心，全聚合物器件的能量损耗增大 ，通过Stille偶联反应得到对应的聚合物受体PYF-T, PY2F-T, PYCl-T 和 PY2Cl-T（图1） 。随后，继而提升光伏转换效率。氟（氯）溴取代的IC端基可以由本组之前开发的四步连续合成方法 ，噻吩链接基元与IC端基的二面角甚至接近垂直，

 

有机太阳能电池由于其轻薄 、

 

为了搞清楚光谱行为的不同 ，降低光伏转换效率  。主要由于骨架振动态增多导致非辐射符合增加 ，