Macromolecus：基于含有TzBI單元共軛聚合物的高效全聚合物太陽能電池

【引言】

近年來，聚合物太陽能電池（PSC）研究取得了重大進展。目前已經開發了由富勒烯或非富勒烯小分子電子受體組成的各種高效單結和多結PSCs。雖然由聚合物供體和聚合物受體組成的全聚合物太陽能電池表現出各種優點，例如寬吸收帶，高度穩定的膜形態和選擇廣泛的供體和受體成分，但是， 由于較低的功率轉換效率（PCEs），全PSCs的發展落后于非富勒烯PSCs的發展。

【成果簡介】

近日，華南理工大學黃飛教授、應磊副教授（共同通訊）等人開發了基于烷氧基化電子缺陷型單體4,8-二（噻吩-2-基）- [1,2,3]三唑并[4,5-f]異吲哚-57（2H，6H）-二酮（TzBI-O）的新型寬帶隙共軛聚合物 。考慮到烷基取代的酰亞胺官能化苯并三唑（TzBI）單元，將氧原子引入到TzBI-O中增加了電負性。得到的聚合物PTzBI-O表現出708nm的寬帶吸收，對應于1.75eV的帶隙。PTzBI-O：N2200混合物在甲苯溶液中表現出強烈的聚集，與用氯化溶劑處理的等效膜相比，增強了薄膜的吸收性。相關成果以題為“Efficient All-Polymer Solar Cells Based on Conjugated Polymer Containing an Alkoxylated Imide-Functionalized Benzotriazole Unit”發表在了Macromolecus上。

【圖文導讀】

圖1 PTzBI，PTzBI-O和N2200的具體結構

窄帶隙n型共聚物聚{[N，N'-雙（2-辛基十二烷基）萘-1,4,5,8-雙（二羧酰亞胺）-2,6-二基] - 五氫-5' - （2,2'-聯噻吩）}已廣泛用于制造全PSCs器件，因為其具有高電子遷移率和合適的能級。

圖2 優化的分子結構

在基態下優化了TzBI和TzBI-O的分子結構，ESP表面映射從-0.025到+0.025哈特里。

圖3 UV-vis吸收光譜

（a-d）（a）不同溶劑中的PTzBI-O，（b）原始PTzBI-O和N2200薄膜，（c）PTzBI-O：N2200（1：0.5，wt：wt）在不同溶劑中，（d ）PTzBI-O：N2200薄膜的UV-vis吸收光譜

圖4 J-V特性曲線

（a）具有PTzBI-O：N2200活性層的全PSC的J-V特性

（b）EQE曲線和全PSC的綜合J_SC值

圖5 AFM形貌圖像

（a-c）PTZBI-O：N2200（1：0.5，wt：wt）混合膜的AFM形貌圖像（5μm×5μm）

圖6 GIWAXS圖譜及相應的線切割輪廓

（a-f）GIWAXS圖譜

（g）原始PTZ BIO和PTzBI-O：N2200的對應線切割輪廓

【小結】

該團隊開發了由烷氧基化酰亞胺官能化的苯并三唑單元組成的新型共軛聚合物PTzBI-O。氧的引入增加了TzBI部分的電負性，導致PTzBI-O的吸收光譜相對于PTzBI的吸收光譜的紅移。從本研究中獲得的結果表明，PTzBI-O可以用非氯化溶劑有效加工，并且具有高性能全PSC的實際應用潛力巨大。

文獻鏈接：Efficient All-Polymer Solar Cells Based on Conjugated Polymer Containing an Alkoxylated Imide-Functionalized Benzotriazole Unit（Macromolecus,2017,DOI:10.1021/acs.macromol.7b01432）

本文由材料人新能源前線Allen供稿，材料牛整理編輯。

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