郑绍辉教授课题组在有机太阳能电池理论研究领域取得新进展
郑绍辉教授课题组在有机太阳能电池理论研究领域取得新进展
助力中国早日实现二氧化碳排放量与吸收量持平的碳中和目标需要绿色可持续能源，发展有机光伏产业是实现这个目标的重要方向。有机太阳能电池具有柔性好，成本低，可利用现代化学工业可大面积制备等优点，因而受到研究者的广泛关注。噻吩取代的苯并二噻吩(thiophene substituted benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene, BDT-T)是当前高性能有机光伏材料的基本结构单元之一，被广泛应用于目前最优异的小分子和聚合物给体材料中。已有的实验结果表明BDT-T单元的侧链噻吩的氟化是一种很有潜力的给体材料的改性方式。然而BDT-T侧链噻吩氟化对小分子给体材料的堆积形貌和空穴迁移率的影响机制还没有被充分理解。
近日，西南大学郑绍辉教授与长江师范学院姚闯副教授课题组利用多尺度模拟（分子动力学和蒙特卡罗模拟）的方法系统地研究了氟原子的取代位置和数量对一种高效的小分子给体DRTB-T（下图中的0F）的分子堆积和迁移率的影响。研究结果表明BDT-T侧链氟化会降低分子的结晶性，且随着氟原子取代数量增加分子堆积构型将从face-on逐渐转变为edge-on。计算得到的空穴迁移率的趋势与face-on构型比例的趋势一致，并且与现有的实验结果吻合。研究还发现对两端（1F-side）或所有的(1F-al) BDT-T的侧链噻吩取代一个氟原子可以同时改善DRTB-T的分子堆积和空穴迁移率。
上述工作以《Effects of lateral-chain thiophene fluorination on morphology and charge transport of BDT-T based small molecule donors: A study with multiscale simulations》为题发表在国际知名期刊《Journal of Materials Chemistry C》，并被“Journal of Materials Chemistry C HOT Papers”收集。西南大学本科生徐春林为第一作者，西南大学郑绍辉教授（最后通讯作者），长江师范学院姚闯副教授为论文共同通讯作者。以上项目获重庆市自然科学基金，重庆市级人才计划和中央高校基本业务费的资助。
全文链接：https://doi.org/10.1039/D1TC03784F
近期郑绍辉教授团队还在有机太阳能电池的理论计算领域做出以下创新性工作。
1) 系统研究了高性能受体材料A-DAD-A型Y6的末端集团取代对其光电特性的影响，通过合理的界面分子模型和可靠的计算方法，计算结果可以很好的重现实验中开路电压与填充因子的变化趋势，研究生邱梧柯为第一作者。文章发表于Organic Electronics.
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.orgel.2021.106235
2) 系统地研究稠环骨架或烷基侧链分别对其分子堆积和电子迁移率的影响。结果表明，分子间的高电子耦合和高电子迁移率主要取决于末端基团间紧密的面对面取向堆积和分子间部分骨架的良好重叠。这一发现加深了对基于Y6受体的有机光伏器件的认识，为今后Y6的分子修饰提供了指导。研究生张捷为第一作者。文章发表于New Journal of Chemistry。
全文链接：https://doi.org/10.1039/D1NJ01515J