Adv.Eng.Mater.：同時對高性能的富勒烯和非富勒烯的太陽能電池有作用性的D1-A-D2-A隨機共聚物

【引言】

富勒烯是由英國Sussex大學的H·W·Kroto與美國Rice大學的R·E·Smally等于1985年8月為了模擬星際塵埃的研究，以激光照射石墨使其蒸發，蒸發物碳煙中發現各種含有各種碳原子簇分子，將蒸發物以高壓氦氣流送入質譜儀進行檢測，由質譜圖發現其中大部分為C₆₀和百分之幾的C₇₀分子，后來又相繼測出C₅₀、C₇₆、C₇₈、C₈₀、C82、C₈₄、C₉₀、C₁₂₀、C₁₈₀、C₂₄₀...等一系列封閉攏形結構的分子。因發現C₆₀分子結構具有多面封閉的外形很像足球，也成為足球烯。；該分子比較穩定，擁有60個頂點、32個面，其中有12個正五邊形面和20個正六邊形面，被稱作富勒烯。非富勒烯受體具有吸收與能級可調、合成簡便、加工成本低、溶解性能優異等特點,近年來發展迅速,并越來越受人們認可。富勒烯及其衍生物制備的電子受體材料為有機太陽能電池領域的發展做出了巨大貢獻，但這類材料也存在自身缺陷，如C₆₀、C₇₀的合成及制備富勒烯衍生物的原材料成本較高，且制備和提純困難；在可見光區吸收較弱，且很難拓寬。因此，研究者合成了許多非富勒烯聚合物和小分子受體材料并將其廣泛應用在有機太陽能電池中。

【成果簡介】

PBDB-TTn的隨機供應共聚物是合成的，由一種缺乏電子的苯二酚，1,2-c:4,5-c'二硫酚-4，8-二酮(BDD)2個電子的單位和不同的比，2-b:4,5-b'二噻吩(BDT)和thieno 3,2-b噻吩(TT)單位組成，意在調節內鏈和/或連鎖反應，最終是球-異質結進化形態。用4 ×2聚合物太陽能電池(PSC)性能圖和6-6-c71-丁酸酸甲酯(PC71BM)和基于芳香環的分子(m-itic)接受器與之進行比較研究。考慮到它們吸收的相似之處范圍和能級，pbdb-ttn共聚物很明顯地揭示了一個變化，即在將BDT優化為TT比時吸收系數的主要作用。在給定的受體組合集合中，優越的性能在pbdb-tt5與PC71BM混合的情況下觀察到(8.34 0.10%)m-itic(11.10 0.08%)以及主要因素造成能量轉換效率差異的原因是截然不同的。本研究提供了一種富勒烯和非富勒烯的PSCs結構-形態-性能關系的新草圖。該成果由蔚山國家科學技術研究所的Changduk Yang等以“Feasible D1–A–D2–A Random Copolymers for Simultaneous High-Performance Fullerene and Nonfullerene Solar Cells”為題于2017年11月14日發表在Advanced Engeenering Materials上。

【圖文導讀】

圖1.四種PBDB-TTn?聚合物通過Stille聚合作用的合成路線。

供體單體(BDT到TT=100:0，95:5，90:10，和80:20)以不同用量比率在鈀催化的Stille聚合過程中使用，來分別產生PBDB-TT0,[9] PBDB-TT5, PBDB-TT10, and PBDB-TT20。

圖2.發現薄層吸收效率能力存在大小關系。

吸收效率：PBDB-TT0 <PBDB-TT20 < PBDB-TT10 < PBDB-TT5

圖3.PBDB-TTn共聚物以及相應的光學和電化學性能。

a)4個pbdb-ttn共聚物的化學結構，PC71BM,m-ITIC。

b)4個pbdb-ttn共聚物、PC71BM和m-itic的能級圖。

c) 在氯苯溶液中pbdb-ttn共聚物的紫外-vis光譜。

d) 4個整齊的聚合物薄膜的uv-vis吸收光譜。

【展望】

研究人員合成并描述了一系列的作為電子缺陷的BDD的pbdb-ttn共聚物，且其是以電子為單位的電子和電子的結合。不同BDT:共聚物的TT成分由于不同的原因影響了它們的光學吸收系數內部和/或連鎖反應的程度電影，而不是只影響像吸收范圍這樣的其他屬性，和前沿能級。研究發現基于m-itic的器件顯示出比相應基于pc71bm1的器件的更好的PCEs。增強的光產生的電流密度與PC71BM相比，是由于m-itic更強的吸收率造成的。這項研究不僅促進了對富勒烯與非富勒烯的操作機理的理解，在PSCs上它也證明了隨機共聚簡單的可能性，并已經最大限度地提高這兩種類型的性能。

文獻鏈接：Feasible D1–A–D2–A Random Copolymers for Simultaneous High-Performance Fullerene and Nonfullerene Solar Cells（Advanced Engineering Materials,DOI:10.1002/aenm.201702166）

本文由材料人編輯部付鈺編輯，黃超審核，點我加入材料人編輯部。?

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