Создание неконденсированных полициклических электронных акцепторов
Международный коллектив ученых из Института синтетических полимерных материалов им. Н.С. Энциклопова РАН, Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН, Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, Новосибирского института неорганической химии СО РАН, Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» и Харбинского технологического института (Китай) разработал новый подход к созданию неконденсированных полициклических электронных акцепторов (NFREA) с применением прямого C–H арилирования. Используемый экологичный метод позволяет избежать токсичных промежуточных продуктов и сократить число стадий синтеза. Разработаны четыре новых соединения: BTB-1, BTB-2, BCB-1 и BCB-2, различающиеся центральным фрагментом (тиофен или циклопентадитиофенон) и терминальными группами (фторированные или нефторированные). Молекулы демонстрируют высокую планарность благодаря внутримолекулярным S–O взаимодействиям, что способствует эффективному π-сопряжению и переносу заряда. Выявлено, что все соединения интенсивно поглощают свет в области 500–850 нм, дополняя спектр бинарной донорно-акцепторной системы PM6:Y6, широко используемой в органических солнечных элементах. Особенно важным оказалось влияние фторирования терминальных групп: такие акцепторы (BTB-2 и BCB-2) имеют более низкие энергетические уровни LUMO и улучшенную морфологию композитных пленок, что приводит к снижению потерь напряжения и улучшению фотовольтаических параметров. В трехкомпонентных устройствах на основе PM6:Y6:BCB-2 был достигнут высокий КПД 17,7% с улучшенными значениями тока короткого замыкания, напряжения холостого хода и коэффициента заполнения. Анализ морфологии показал, что BCB-2 равномерно распределяется в активном слое, формируя оптимальную наноразмерную структуру для разделения зарядов и подавления их рекомбинации.
Результаты работы опубликованы в журнале «Materials Today Energy» и способствуют развитию солнечной энергетики, сочетающей простоту производства, стабильность и высокую эффективность солнечных батарей.