李永舫院士Angew. Chem. Int. Ed.：為高性能全聚合物太陽能電池構建強吸收窄帶隙聚合物受體

【背景介紹】

可溶液加工的共軛聚合物由于其在新一代低成本，柔性和印刷電子產品中的潛在應用而引起了廣泛的關注。全聚合物太陽能電池（all-PSCs）為柔性器件的應用提供了獨特的形態穩定性，但缺乏高性能聚合物受體使其功率轉換效率（PCE）低于基于富勒烯衍生物或有機小分子受體的PSCs的效率。設計合成強吸收窄帶隙聚合物受體是提高全聚合物太陽能電池光電轉換效率的關鍵。

【成果簡介】

近日，中國科學院化學研究所李永舫院士和張志國副研究員（共同通訊）等人展示了將具有受體-給體-受體（A-D-A）結構的強吸收窄帶隙小分子受體結構單元、通過與噻吩單元共聚合成高性能聚合物受體PZ1的策略。PZ1具有1.55eV的窄帶隙和高吸收系數（1.3×10⁵cm^-1）的寬吸收。使用寬帶隙聚合物PBDB-T作為給體和PZ1為受體的全聚合物PSCs具有9.19％的高PCE，這是全聚合物PSCs效率目前的最高值。另外作者將光誘導力顯微鏡-納米紅外光譜技術（PIFM）首次用于全聚合物太陽能電池的形貌觀測中，這種技術能夠根據給受體的官能團的不同，從納米尺度闡釋活性層形貌與器件性能的關聯，為PSCs形貌優化提供了指導。相關成果以題為“Constructing a Strongly Absorbing Low-Bandgap Polymer Acceptor for High-Performance All-Polymer Solar Cells”發表在了Angewandte Chemie International Edition上。

【圖文導讀】

圖1 用于全聚合物PSCs的有代表性聚合物受體以及聚合物受體PZ1和聚合物給體PBDB-T的分子結構

圖2 吸收光譜和循環伏安圖

（a）PZ1（紅線）和IDIC-C16（藍線）的溶液和膜吸收光譜

（b）PZ1（紅線）和IDIC-C16（藍線）的循環伏安圖

圖3 全聚合物太陽能電池的J-V曲線及IPCE譜

（a）在AM 1.5G，100mW / cm ²的光照下，基于PBDB-T：受體（1.5:1，w / w）的全聚合物PSCs的J-V曲線

（b）相應PSCs的IPCE隨波長的變化曲線。

圖4 光誘導力顯微鏡-納米紅外光譜（PIFM）圖像和掠入射小角X射線散射（GIWAXS）圖像

（a，b）在1649cm ^-1處檢測PBDB-T和1700cm ^-1處檢測PZ1的（a）未經優化處理和（b）優化處理的PBDB-T：PZ1混合膜的PIFM圖像

（c，d）（c）未經優化處理和（d）優化處理的PBDB-T：PZ1混合膜的GIWAXS圖像

【小結】

該團隊設計并合成了以A-D-A結構強吸收窄帶隙小分子受體為構筑單元的新型π-共軛聚合物受體PZ1，該聚合物以n-型有機半導體 IDIC-C16作為關鍵結構單元和噻吩作為π橋。新的聚合策略保留了小分子受體的強吸收（吸收系數達到1.3×10⁵ cm ^-1）、并有效延伸了其π共軛使吸收光譜紅移以獲得更好的光吸收。這種聚合策略的成功為全聚合物PSCs開發高效的聚合物受體提供了新的途徑。

文獻鏈接：Constructing a Strongly Absorbing Low-Bandgap Polymer Acceptor for High-Performance All-Polymer Solar Cells（Angew. Chem. Int. Ed. ,2017,DOI:DOI: 10.1002/anie.201707678）

本文由材料人新能源前線Allen供稿，材料牛整理編輯。

材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入編輯部大家庭。

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com。

投稿以及內容合作可加編輯微信：xiaofire-18，吳玫，我們會拉各位老師加入專家群。

材料測試、數據分析，上測試谷！