基于芳环取代酰亚胺端基的非富勒烯受体材料的合成与光伏性能

施世领，蒋寒曦，涂雪杨，鲜开虎，韩德霞，李艳如， 姚翔，叶龙，费竹平

基于芳环取代酰亚胺端基的非富勒烯受体材料的合成与光伏性能

施世领1，蒋寒曦1，涂雪杨1，鲜开虎2，韩德霞2，李艳如1， 姚翔1，3，叶龙2，4，费竹平1，3

（1. 天津大学分子+研究院, 天津市分子光电科学重点实验室, 天津 300072； 2. 天津大学材料科学与工程学院, 天津 300350； 3. 物质绿色创造与制造海河实验室, 天津 300192； 4. 天津市分子光电科学重点实验室, 天津化学化工协同创新中心, 天津 300350）

端基结构对于有机太阳能电池(OSCs)中非富勒烯受体(NFAs)的光电性能具有重要影响. 本文设计合成了3种新型芳环取代的酰亚胺结构的端基(IIC-Ph, IIC-PhBr和IIC-Ph2F), 并将其用于制备受体-给体(受体)给体-受体(A-DA′D-A)型NFAs(BTP-IIC-Ph, BTP-IIC-PhBr和BTP-IIC-Ph2F). 紫外-可见-近红外吸收光谱对比和理论模拟结果表明, 相比于IIC-Ph端基, IIC-PhBr和IIC-Ph2F端基具有更强的吸电子能力, 增强了NFAs的分子内电荷转移效应(ICT), 促使了吸收红移. 端基苯环上强吸电子的溴原子和氟原子的引入, 降低了A-DA′D-A型受体的前线轨道能级. 基于BTP-IIC-Ph, BTP-IIC-PhBr和BTP-IIC-Ph2F的二元电池分别获得了13.54%, 11.84%和11.58%的能量转换效率(PCEs). 相比于BTP-IIC-PhBr和BTP-IIC-Ph2F, 基于BTP-IIC-Ph的电池表现出更好的光伏性能, 这主要归因于其较高的最低未占有轨道能级(LUMO)所导致的较高开路电压(OC), 以及更好的激子解离能力和更弱的陷阱辅助载流子复合.

有机太阳能电池；非富勒烯受体；端基；酰亚胺

太阳能利用是解决能源危机最有效的策略之一. 有机太阳能电池（OSCs）具有重量轻、透明度 可调、柔性及溶液加工等优点，是解决能源危机的重要途径. 近年来，具有分子内受体-给体-受体 （A-D-A）结构的非富勒烯受体（NFAs）的出现，使电池的能量转换效率（PCEs）提高到大约19%［1～6］. 通过中心核单元、末端基团和柔性侧链的模块化设计策略，可以设计丰富多样的NFAs. NFAs的3个模块化单元可以有效地调控受体分子的堆积、光吸收、载流子迁移率和电子结构［7～21］. 基于这一设计策略，大量的NFAs（如明星分子ITIC［22］、 Y6［23］及其衍生物）被广泛应用于制备高性能的OSCs. 3-（二氰亚甲基）茚-1-酮（IC）由于具有良好的吸电子能力、易化学改性和优异的光伏性能成为NFAs中应用最广泛的末端基团之一. 由于亚胺/酰胺结构具有较强的吸电子能力、刚性的共轭结构以及优越的热和光化学稳定性［24～29］，本课题组［30］在之前的工作中提出了将酰亚胺基团与IC相结合的策略，设计合成了新的端基基团与NFAs，并通过改变酰亚胺端基N位烷基链长度，调控了NFAs的光伏性能，取得了优异的PCEs. 酰亚胺N位的芳基化可以有效调节分子的组装过程，通常被用于调控含酰亚胺分子的聚集态以获得高性能的载流子传输能力［31，32］，而且，酰亚胺N位的芳基也可以引入新的官能化基团［33～35］. 研究发现，端基的卤化策略在设计NFAs时具有合成工艺简单、能级调节精确和结晶性能优越等优点，被广泛用于调控受体的光伏性能［20，21］. 为了探索酰亚胺N位芳基取代对NFAs性能的影响，本文首先设计了一种苯环取代的酰亚胺结构的端基，并制备了受体-给体（受体）给体-受体（A-DA′D-A）型NFAs（BTP-IIC-Ph）；其次，进一步对酰亚胺N位苯环进行卤化修饰，制备了两种新的端基及两种NFAs（BTP-IIC-PhBr和BTP-IIC-Ph2F）；最后，研究了3种新型NFAs的理化性质和光伏性能，并总结了分子结构与器件性能之间的关系.

1 实验部分

1.1　试剂与仪器

均苯四甲酸二酐，纯度98%，瑞士Adamas试剂公司；苯胺，纯度99%，阿拉丁（中国）试剂公司；对溴苯胺，纯度99%， Innochem（中国）试剂公司； 3，5-二氟苯胺，纯度99%，希恩思（中国）试剂公司；二氯甲烷、石油醚、乙酸乙酯和乙醇，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；，-二甲基甲酰胺，纯度99.9%，安耐吉（中国）试剂公司； PM6与PFN-Br， Organtec Ltd.（中国）试剂公司.

AV 400 MHz型核磁共振波谱仪（1H NMR，13C NMR），日本JEOL公司； Ultraflextreme MALDI-TOF/TOF AB 5800 型质谱仪（MS），美国Bruker公司； UV-3700型紫外-可见-近红外（UV-Vis-NIR）光谱仪，日本岛津公司； CHI 630A型电化学分析（CV）仪，中国上海辰华仪器有限公司；选择玻璃碳盘、铂丝和饱和Ag/AgCl电极分别作为工作电极、对电极和参比电极，以六氟化四丁基铵磷（Bu4NPF6， 0.1 mol/L）为电解质，以氯仿为溶剂，扫描速率为100 mV/s； Multimode 8型扫描探针显微镜（AFM），美国Bruker公司； Dektak XT型台阶仪，美国Bruker公司.

1.2　非富勒烯受体的合成与结构表征

Scheme 1给出了的IIC-Ph， IIC-PhBr和IIC-Ph2F的合成过程、 PM6的结构以及BTP-IIC-Ph， BTP-IIC-PhBr和BTP-IIC-Ph2F的合成过程，详细合成步骤见本文支持信息图S1. 化合物的结构表征见本文支持信息图S3～图S26.

Scheme 1Synthetic routes of IIC⁃Ph, IIC⁃PhBr and IIC⁃Ph2F, BTP⁃IIC⁃Ph, BTP⁃IIC⁃PhBr and BTP⁃IIC⁃Ph2F and structure of PM6

1.3　器件的制备与表征

通过以下步骤制备了ITO/PEDOT∶PSS/活性层/PFNBr/Ag器件结构的太阳能电池. 首先，将氧化铟锡（ITO）导电玻璃在异丙醇、丙酮、洗涤剂和去离子水中依次超声清洗15 min. 然后，使用O2等离子体处理ITO导电玻璃8 min. 将PEDOT∶PSS（Heraeus Clevios PVP AI 4083，使用0.45 µm滤头过滤）以4000 r/min转速旋涂到预处理的ITO衬底上，获得厚度为40 nm的PEDOT∶PSS薄膜，然后将薄膜于150 ℃退火15 min. 将PM6和BTP-IIC-Ph/BTP-IIC-PhBr/BTP-IIC-Ph2F（质量比为1∶1.2）的氯苯溶液（聚合物浓度为8.5 mg/mL）在50 ℃下搅拌过夜，以确保充分溶解. 在旋涂成膜前，向PM6和BTP-IIC-Ph/BTP-IIC-PhBr/BTP-IIC-Ph2F的共混溶液中分别添加氯萘0.6%， 0.9%， 0.9%（体积比），薄膜的退火温度分别为120， 120和90 ℃，退火时间为10 min. 之后，将PFN-Br（0.5 mg/mL）的甲醇溶液旋涂于活性层之上作为电子传输层. 然后在2×10‒4Pa的真空环境中，在PFN-Br层上蒸镀60 nm左右的Ag. 光伏 器件面积为0.057 cm2. 太阳能电池的电流密度-电压（-）曲线在手套箱中在AM 1.5 G AAA级太阳能模拟器（Enli Technology Ltd.， SS-F5-3A）的照明下使用Keithley 2400源表采集，太阳光强度为 100 mW/cm2，由NREL校正的标准硅电池校准. 外量子效率（EQE）数据使用太阳能电池光谱响应测量系统（QE-R， Enli Tech-nology Co. Ltd.）测得，设备由标准硅光伏电池校准.

通过以下步骤制备了ITO/PEDOT∶PSS/活性层/MoO3/Ag和ITO/Al/活性层/Al器件结构的单空穴/电子器件. 首先，将PM6和BTP-IIC-Ph/BTP-IIC-PhBr/BTP-IIC-Ph2F的氯苯溶液旋涂在PEDOT∶PSS或Al薄膜的顶部，形成活性层. 然后在压力为2×10‒4Pa的条件下，掩膜热蒸发MoO3（9 nm）/Ag（或Al）. 通过空间电荷限制电流（SCLC）方法测量了单空穴/电子器件在黑暗条件下的曲线，并通过使用Mott-Gurney方程式：9or2/83［其中，为空间电荷限制电流，o和r分别为真空介电常数（o= 8.85×10‒12F/m）和活性层介电常数（r≈3 F/m），为电荷迁移率，为活性层的厚度］计算了电子和空穴迁移率.

2 结果与讨论

2.1　非富勒烯受体的理化性质和理论计算

图1（A）和（B）分别为BTP-IIC-Ph， BTP-IIC-PhBr和BTP-IIC-Ph2F在浓度为1×10‒5mol/L的氯仿溶液和薄膜中的UV-Vis-NIR吸收光谱，相关数据列于表1中. 在溶液中， BTP-IIC-Ph， BTP-IIC-PhBr和 BTP-IIC-Ph2F在650～850 nm范围内具有较强的吸收，摩尔吸光系数（MECs）分别为2.00×105， 1.90×105和1.92×105L·mol‒1·cm‒1. 相比于BTP-IIC-Ph， BTP-IIC-PhBr和BTP-IIC-Ph2F的最大吸收峰（max）发生了一定程度的红移，这归因于IIC-PhBr和IIC-Ph2F端基具有更强的吸电子能力而导致的增强的分子内电荷转移效应（ICT）. 从溶液到薄膜态， BTP-IIC-Ph， BTP-IIC-PhBr和BTP-IIC-Ph2F吸收峰均发生了明显的变宽，同时最大吸收峰值发生了红移，表明在薄膜状态下受体分子间发生了明显的聚集行为.

Fig.1　UV⁃Vis⁃NIR absorption spectra of BTP⁃IIC⁃Ph, BTP⁃IIC⁃PhBr and BTP⁃IIC⁃Ph2F in CHCl3 solutions(A) and in thin films(B)

Table 1　Photophysical and electrochemical properties of BTP-IIC-Ph, BTP-IIC-PhBr and BTP-IIC-Ph2F

Fig.2　Cyclic voltammograms curves of BTP⁃IIC⁃Ph, BTP⁃IIC⁃PhBr, and BTP⁃IIC⁃Ph2F in 1×10‒5 mol/L solution of CHCl3(A) and energy level diagrams of PM6, BTP⁃IIC⁃Ph, BTP⁃IIC⁃PhBr and BTP⁃IIC⁃Ph2F(B)

对BTP-IIC-Ph， BTP-IIC-PhBr和BTP-IIC-Ph2F进行了密度泛函理论（DFT）计算. 图3（A）和（B）分别给出了BTP-IIC-Ph， BTP-IIC-PhBr和BTP-IIC-Ph2F分子的最优化构象、 HOMO/LUMO分布图以及二面角侧视图. BTP-IIC-Ph， BTP-IIC-PhBr和BTP-IIC-Ph2F的二面角分别为12.04°， 12.03°和12.09°，这与之前报道的烷基取代酰亚胺端基受体分子类似［30］，这表明酰亚胺芳基单元对受体稠环骨架的几何构 型影响较小. DFT计算得到BTP-IIC-Ph， BTP-IIC-PhBr和BTP-IIC-Ph2F的HOMO/LUMO能级分别为 ‒5.71/‒3.74， ‒5.78/‒3.82和‒5.80/‒3.84 eV，由于吸电子溴原子和氟原子的引入， BTP-IIC-PhBr与BTP-IIC-Ph2F表现出比BTP-IIC-Ph更低的LUMO和HOMO能级，这与循环伏安法测试结果的规律一致. 为了分析不同端基的NFAs的分子内电荷转移过程，对BTP-IIC-Ph， BTP-IIC-PhBr和BTP-IIC-Ph2F的偶极矩进行了计算，结果如图3（C）所示. BTP-IIC-Ph， BTP-IIC-PhBr和BTP-IIC-Ph2F的偶极矩分别为10.54 D， 11.95 D和12.00 D. BTP-IIC-PhBr和BTP-IIC-Ph2F分子的偶极矩大于BTP-IIC-Ph分子，该结果表明，端基上强吸电子溴和氟原子的引入影响了NFAs骨架上的电子分布，增强了ICT，导致了NFAs吸收光谱的红移，与之前吸收光谱的研究结果相一致.

Fig.3　Optimal conformation and HOMO/LUMO distribution(A), side view of dihedral angle of the optimized molecular geometry(B), and dipole moments of the half segments of BTP⁃IIC⁃Ph, BTP⁃IIC⁃PhBr and BTP⁃IIC⁃Ph2F(C)

2.2　器件的光伏性能

进一步采用ITO/PEDOT∶PSS/活性层/PFNBr/Ag器件结构对BTP-IIC-Ph， BTP-IIC-PhBr和BTP-IIC-Ph2F受体的光伏性能进行了研究. 其中，活性层以聚合物PM6为供体， BTP-IIC-Ph， BTP-IIC-PhBr 或BTP-IIC-Ph2F为受体. 基于BTP-IIC-Ph， BTP-IIC-PhBr和BTP-IIC-Ph2F受体的电池的-曲线如 图4（A）所示，光伏性能数据列于表2.

Fig.4　J⁃V characteristics of OSCs based on the BTP⁃IIC⁃Ph, BTP⁃IIC⁃PhBr and BTP⁃IIC⁃Ph2F acceptors under solar illumination(A), EQE spectra of the optimized OSCs(B)

Table 2　Photovoltaic parameters of the OSCs based on BTP-IIC-Ph, BTP-IIC-PhBr and BTP-IIC-Ph2F acceptorsa

.Photovoltaic data are from the champion devices， and the numbers in the parentheses are reported as averages taken over 10 separate devices， where ± represent the standard deviation of the mean；.current density calculated from EQE data.

BTP-IIC-Ph的电池的平均开路电压（OC）为（0.79±0.04） V，短路电流密度（SC）为（23.63±1.47） mA/cm2，填充因子（FF）为（69.87±2.50）%， PCE为（13.16±0.38）%. BTP-IIC-PhBr的电池的平均OC为（0.75±0.02） V，SC为（23.53±1.42） mA/cm2， FF为（65.87±2.53）%， PCE为（11.59±0.38）%. BTP-IIC-Ph2F的电池的平均OC为（0.74±0.03） V，SC为（21.68±2.18） mA/cm2， FF为（70.49±5.95）%， PCE为（11.13±0.45）%. 相比于BTP-IIC-PhBr和BTP-IIC-Ph2F的电池， BTP-IIC-Ph的电池具有更高的OC， FF和SC. 因此， BTP-IIC-Ph的电池表现出更高的PCE. BTP-IIC-PhBr和BTP-IIC-Ph2F的电池的OC降低主要是由于苯环上引入强吸电子的溴原子和氟原子降低了LUMO的能级. 图4（B）是BTP-IIC-Ph， BTP-IIC-PhBr和BTP-IIC-Ph2F的电池的EQE曲线. 可见，相较于BTP-IIC-PhBr和BTP-IIC-Ph2F的电池， BTP-IIC-Ph的电池在300～1000 nm范围内具有更高的EQE值，这一结果说明BTP-IIC-Ph的器件具有更加高效的光电转换能力. BTP-IIC-Ph， BTP-IIC-PhBr和BTP-IIC-Ph2F的电池的SC也与通过EQE曲线计算的短路电流（cal）相一致，误差在5%以内.

2.3　器件的载流子收集能力和迁移率

为了理解BTP-IIC-Ph， BTP-IIC-PhBr和BTP-IIC-Ph2F电池的光伏性能的差异，计算了短路条件下的光电流密度与饱和光电流密度的比值（phs/sat）和最大功率输出条件下的光电流密度与饱和光电流密度的比值（phm/sat），分别评估了激子解离能力（diss）和载流子收集能力（coll）. 器件的有效电压（eff）与净光电流密度（ph）的曲线如图5（A）所示.

Fig.5　Jph⁃Veff curves of the OSCs based on BTP⁃IIC⁃Ph, BTP⁃IIC⁃PhBr, and BTP⁃IIC⁃Ph2F acceptors(A), VOCvs. light intensity of the OSCs based on BTP⁃IIC⁃Ph, BTP⁃IIC⁃PhBr and BTP⁃IIC⁃Ph2F acceptors(B)

Table 3　Photovoltaic parameters of exciton dissociation, charge-carriers collection and recombination for the NFAs-based OSCs, and hole and electron mobilities of PM6∶BTP-IIC-Ph/BTP-IIC-PhBr/BTP-IIC-Ph2F thin films

. Saturated photocurrent density；. photocurrent density under the short-circuit condition；. photocurrent density under the maximal power output condition；. exciton dissociation probabilities calculated fromphs/sat；. charge collection probabilities calculated fromphm/sat；. mobilities tested from SCLC.

从表3中可以看出， BTP-IIC-Ph的电池的diss达到了96.05%，coll达到了83.21%，均优于BTP-IIC-PhBr和BTP-IIC-Ph2F的电池的diss和coll（BTP-IIC-PhBr的diss和coll分别为95.15%和77.49%， BTP-IIC-Ph2F的diss和coll分别为92.72%和76.64%）. 这一结果表明，相比于BTP-IIC-PhBr和BTP-IIC-Ph2F的电池， BTP-IIC-Ph的电池具有更高效的激子解离和载流子收集能力. 端基的苯环上引入卤素原子Br或F不利于器件中激子解离和载流子收集. 此外，测试了OC对光强的依赖性关系，进一步对BTP-IIC-Ph， BTP-IIC-PhBr和BTP-IIC-Ph2F为受体的电池进行电荷载流子复合动力学研究.OC与光照强度的关系可以表示为

OC=×ln

式中：是斜率，是光强（mW/cm2）.可由B/［其中，B为玻尔兹曼常数，为温度（K），为基本电荷］计算. 如图5（B）所示， BTP-IIC-Ph的电池的值（OC与光照强度拟合曲线的斜率）为1.20，低于BTP-IIC-PhBr和BTP-IIC-Ph2F的电池的值（分别1.36和1.55）. 这意味着相较于基于BTP-IIC-PhBr和BTP-IIC-Ph2F的电池， BTP-IIC-Ph的电池中存在较低的陷阱辅助电荷复合，有利于其实现更高的FF和PCE.

Fig.6　AFM height(A—C) and phase(D—F) images of PM6∶BTP⁃IIC⁃Ph(A, D), PM6∶BTP⁃IIC⁃PhBr(B, E) and PM6∶BTP⁃IIC⁃Ph2F thin films(C, F)

为了研究BTP-IIC-Ph， BTP-IIC-PhBr和BTP-IIC-Ph2F的载流子传输能力，制备了ITO/PEDOT∶PSS/活性层/MoO3/Ag结构的单空穴器件和Al/活性层/Al结构的单电子器件（见本文支持信息图S2）. 基于SCLC方法估算了PM6∶BTP-IIC-Ph， PM6∶BTP-IIC-PhBr， PM6∶BTP-IIC-Ph2F共混膜的空穴迁移率（h）和电子迁移率（e），结果汇总于表3. 结果表明， PM6∶BTP-IIC-Ph薄膜到PM6∶BTP-IIC-PhBr薄膜，再到PM6∶BTP-IIC-Ph2F薄膜，e值依次降低，分别为2.85×10‒3， 1.70×10‒3和7.80×10‒4cm2·V-1·s-1. 同时，从器件的h/e比值可以发现， BTP-IIC-Ph的电池具有更加平衡的h和e，这有助于降低器件中的光生载流子的复合，增加器件的SC.

2.4　薄膜形貌的表征

采用AFM研究了活性层的表面形貌. 图6的结果表明， PM6∶BTP-IIC-Ph， PM6∶BTP-IIC-PhBr和PM6∶BTP-IIC-Ph2F共混膜都表现出纳米级相分离的特征. 其共混膜的表面均方粗糙度（RMS）分别为2.52， 3.01， 3.82 nm. PM6∶BTP-IIC-PhBr和PM6∶BTP-IIC-Ph2F共混膜表面比较粗糙，不利于电池中的界面接触和载流子收集，而PM6∶BTP-IIC-Ph共混膜具有较均一的相分离形貌，有助于获得较好的光伏性能.

3 结论

设计合成了3种带有芳环取代的酰亚胺结构的端基（IIC-Ph， IIC-PhBr和IIC-Ph2F）及3种新型 A-DA′D-A型NFAs（BTP-IIC-Ph， BTP-IIC-PhBr和BTP-IIC-Ph2F）. 研究了不同芳环取代的酰亚胺端基 对受体的光物理性质、电化学性质和光伏性能的影响. 相比于IIC-Ph端基， IIC-PhBr和IIC-Ph2F端基 具有更强吸电子能力，可以影响NFAs骨架上的电子分布及前线轨道能级，增强ICT效应，促使受体 最大吸收峰红移. 太阳能电池测试结果表明，基于BTP-IIC-Ph的二元电池具有最高的PCE，主要原因是BTP-IIC-Ph具有较高的LUMO能级，以及共混膜具有更光滑的膜表面形貌和更弱的陷阱辅助载流子复合.

支持信息见http://www.cjcu.jlu.edu.cn/CN/10.7503/cjcu20230182.

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［24］ Wang Y.， Yu Y.， Liao H.， Zhou Y.， McCulloch I.， Yue W.，...，2020，（12）， 2855—2868

［25］ Zhan X.， Facchetti A.， Barlow S.，Marks T. J.， Ratner M. A.， Wasielewski M. R.， Marder S. R.，..，2011，（2）， 268—284

［26］ Nielsen C. B.， Turbiez M.， McCulloch I.，..，2013，（13）， 1859—1880

［27］ Suraru S. L.， Wurthner F.，....，2014，（29）， 7428—7448

［28］ Jiang W.， Li Y.， Wang Z.，...，2014，（10）， 3135—3147

［29］ Chen X.， He Y.， Ali M. U.， He Y.， Zhu Y.， Li A.， Zhao C.， Perepichka I. F.， Meng H.，..，2019，（10）， 1360—1364

［30］ Shi S.， Zhang S.， Xue Z.， Yao X.， Zhang G.， Gao J.， Li Y.， Tu X.， Zhang S.， Zhang C.， Liu Z.， Tang Z.， Zhong H.， Li W.， Fei Z.，..，2023，（9）， 12119—12126

［31］ Meng J.， Luo N.， Zhang G.， Shao X.， Liu Z.， Zhang D.，...，2023，（6）， 107687

［32］ Jiang W.， Liu Z.， Zhu D.， Zheng W.， Chen L.， Zhang X.， Zhang G.， Yi Y.， Jiang L.， Zhang D.，....，2021，（19）， 10700—10708

［33］ Li H.， Wenger O. S.，....，2022，（5）， e202110491

［34］ Royakkers J.， Guo K.， Toolan D. T. W.， Feng L. W.， Minotto A.， Congrave D. G.， Danowska M.， Zeng W.， Bond A. D.， Al⁃Hashimi M.， Marks T. J.， Facchetti A.， Cacialli F.， Bronstein H.，....，2021，（47）， 25005—25012

［35］ Kumari N.， Naqvi S.， Ahuja M.， Bhardwaj K.， Kumar R.，.....，2020，（5）， 4310—4322

Synthesis and Photovoltaic Properties of Non-fullerene Acceptors Based on Aryl-substituted Imide End Groups

SHIShiling1， JIANGHanxi1， TUXueyang1， XIANKaihu2， HANDexia2， LIYanru1， YAOXiang1，3*， YELong2，4， FEIZhuping1，3*

（，，300072，；，，300350，；，300192，；，300350，）

The structure of end-group is of great significance for the photovoltaic properties of non-fullerene receptors（NFAs） in organic solar cells. We designed and synthesized three novel end groups with aryl-substituted imide structures（IIC-Ph， IIC-PhBr and IIC-Ph2F） and further prepared three NFAs with acceptor-donor（acceptor） donor-acceptor（A-DA'D-A） structure（BTP-IIC-Ph， BTP-IIC-PhBr and BTP-IIC-Ph2F）. The comparison of UV-Vis-NIR absorption spectra and theoretical simulation showed that IIC-PhBr and IIC-Ph2F had stronger electron-withdrawing ability than IIC-Ph， which enhanced the intramolecular charge transfer effect of NFAs and red-shift their absorption spectra. The introduction of electron-withdrawing Br and F atoms on the terminal benzene rings of acceptors lowered the frontier molecular orbital energy levels of BTP-IIC-PhBr and BTP-IIC-Ph2F. The power conversion efficiency（PCEs） of solar cell devices based on BTP-IIC-Ph， BTP-IIC-PhBr and BTP-IIC-Ph2F are 13.54%， 11.84%， and 11.58%， respectively. Comparison to BTP-IIC-PhBr and BTP-IIC-Ph2F， BTP-IIC-Ph based devices show higher PCE， which can be attributed to the higher open-circuit voltage（OC） due to its higher LUMO level， better exciton dissociation and less trap assisted carrier recombination.

Organic solar cell； Non-fullerene acceptor； End group； Imide

O649.5

A

10.7503/cjcu20230182

2023-04-08

网络首发日期： 2023-07-11.

联系人简介：费竹平, 男, 博士, 教授, 主要从事有机光电功能材料合成及应用研究. E-mail: zfei@tju.edu.cn

姚翔, 男, 博士, 讲师, 主要从事光电功能材料与器件研究. E-mail: yaoxiang@tju.edu.cn

国家重点研发计划项目(批准号: 2018YFA0703200)和天津大学自主创新基金(批准号: 2023XJD-0067)资助.

Supported by the National Key Research and Development Program, China(No.2018YFA0703200) and the Seed Foundation of Tianjin University, China(No.2023XJD-0067).

（Ed.： V， K， S）