Adv. Mater.：中間帶隙共聚物的側鏈工程抑制三聯體形成用于高效聚合物太陽能電池

【背景介紹】

近十年來，聚合物太陽能電池（PSCs）由于其輕便，生產成本低，并且可將其制造成柔性和半透明設備，引起了學術界和工業界的廣泛興趣。PSCs由作為供體的p型共軛聚合物的混合活性層和作為受體的n型有機半導體（n-OS）構成，并夾在透明底部電極和金屬頂部電極之間。近來，中間帶隙共軛聚合物作為供體的PSCs和窄帶隙n-OS作為受體的PSCs功率轉換效率（PCE）已達到11-13％。

【成果簡介】

近日，南京大學張春峰教授、中科院化學所張志國研究員、北京科技大學楊運旭教授、中科院化學所李永舫研究員（共同通訊）等人證明在供體聚合物上噻吩共軛側鏈的二氟取代物可以抑制三聯體形成以減少載體重組。以雙（烷基-二氟噻吩基）-苯并二噻吩作為供體單元和氟苯并三唑作為受體單元，設計并合成了一種新的中間帶隙2D共軛D-A共聚物J91，在框架和噻吩側鏈上具有協同氟化的優點。與對照聚合物J52相比，J91在噻吩側鏈上沒有氟化，表現出增強的吸收，最高占據的分子軌道能級和更高的空穴遷移率。相關成果以題為“Side Chain Engineering on Medium Bandgap Copolymers to Suppress Triplet Formation for High-Efficiency Polymer Solar Cells”發表在了Advanced Materials上。

【圖文導讀】

圖1 聚合物供體和n-OS受體的側鏈工程

通過ITIC側鏈異構化（如圖1b所示）的m-ITIC具有比ITIC更強的膜吸收系數和更高的電子運動性

圖2 薄膜吸收系數及循環伏安圖

a）J52，J91和m-USIC在薄膜狀態下的吸收系數

b）玻璃碳電極上的J52（藍線）和J91（紅線）膜的循環伏安圖

圖3 J-V特性曲線及IPCE光譜

a）基于具有或不具有熱退火（TA）的聚合物供體/ m-ITIC（1：1.5，w / w）的PSCs的J-V特性

b）PSCs相應的IPCE光譜

c）V_OC和E_loss對比E_HOMO

d）器件的J_SC的光強度依賴性

圖4 J91 / m-ITIC混合膜的電荷動力學

a）從J91和m-ITIC膜記錄的瞬態吸收（TA）光譜

b）在不同的時間延遲下從J91 / m-ITIC混合膜記錄的TA光譜

c）J91 / m-ITIC混合膜的動力學曲線

d）在720和595nm處探測的J91 / m-ITIC共混膜的動力學曲線

e）在1220nm探測的fs解析TA曲線

f）在1220nm處探測的TA曲線

圖5 動力學狀態圖

a）電荷轉移

b）電荷分離動力學的狀態圖

c）J91 / m-ITIC和J52 / m-ITIC的混合膜中三聯體的形成動力學

d）對于J91/m-ITIC和J52/m-ITIC混合膜，在595nm探測的ns-TA動力學曲線

圖6 混合膜的形貌圖

a，c）鑄態（a）和熱退火（c）J91：m-ITIC混合膜的形貌圖

b，d）對應的相位圖像

e）J91（綠線）和m-ITIC（紅線）的FT-IR光譜

f，g）鑄態（f）和熱退火（g）J91：m-ITIC混合膜的PiFM圖像

【小結】

為了利用BTA單元和側鏈主鏈在BDT單元上的協同氟化作用的優點，該團隊合成了一種新的高度氟化的BDT-alt-BTA聚合物J91，將烷基（3,4-二氟）噻吩基側基引入 BDT供體單位。結果表明，引入烷基二氟噻吩基側鏈以抑制三聯體的形成和電荷復合是進一步提高PSCs高效共軛聚合物供體光伏性能的有效途徑。

文獻鏈接：Side Chain Engineering on Medium Bandgap Copolymers to Suppress Triplet Formation for High-Efficiency Polymer Solar Cells（Adv. Mater.,2017,DOI:10.1002/adma.201703344）

本文由材料人編輯部新能源組Allen供稿，材料牛整理編輯。

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