氟化的π扩展分子受体产生高度连接的晶体结构和低重组能，以实现高效太阳能电池

摘要：新型半导体材料的合成与表征对开发高效的有机太阳能电池至关重要。本文报告了ITN-F4和ITzN-F4的合成、物理化学性质、薄膜形貌以及光伏响应，这两种材料是首个结合π扩展和氟化的非富勒烯受体。研究了洁净受体和与氟化供体聚合物poly4, 8-bis[5-(2-ethylhexyl)-4-fluoro-2-thienylbenzo1, 2-b: 4, 5-b′-dithiophene-2, 6-diyl]-alt-2, 5-thiophenediyl[5, 7-bis(2-ethylhexyl)-4, 8-dioxo-4H, 8H-benzo[1, 2-c: 4, 5-c′-dithiophene-1, 3-diyl]] (PBDB-TF，也称为PM6)的块杂化混合薄膜，使用了一系列技术进行研究，包括单晶X射线衍射、飞秒瞬态吸收光谱（fsTA）、光伏响应、空间电荷限制电流输运、阻抗谱、掠入射宽角X射线散射以及密度泛函理论计算。ITN-F4和ITzN-F4与PBDB-TF配对时，发现其功率转换效率高于且内部重组能低于未氟化和非π扩展的材料。此外，ITN-F4和ITzN-F4表现出良好的与块杂化相关的单晶堆积结构。fsTA揭示了尽管在洁净薄膜和混合薄膜中都存在激基态的形成，但ITN-F4和ITzN-F4在与PBDB-TF的薄膜中经历超快的孔转移（<300 fs）。综合来看，与相关结构相比，这些结果表明，氟化和π扩展的结合协同促进了晶体学π面对面堆积，增加了晶体度，降低了内部重组能，增强了层间π–π电子耦合，并提高了功率转换效率。