光焱科技 胜焱电子科技 Enlitech
Previous slide
Next slide
Tell us more, we’ll
Enlighten Your Ideas!

张茂杰Sci. China Chem.:利用新颖的不对称非稠环缺电子单元构建低成本聚合物受体材料,实现高性能全聚合物太阳能电池

顶尖团队的选择

全聚合物太阳能电池(All-PSCs)的光活性层由p型聚合物作为电子给体和n型聚合物作为电子受体组成,具有良好的形貌稳定性和机械柔性,在实现大面积、柔性有机太阳能电池的制备中具有巨大的潜力,因此受到科研工作者广泛的关注。特别是近几年来,得益于小分子受体高分子化策略(PSMAs)的提出,一系列以稠环小分子受体为共聚单元的聚合物受体材料被开发出来,使得All-PSCs的光电转换效率(PCE)明显提高,已经超过18%。然而,作为关键共聚单元的稠环小分子受体大多存在合成路线复杂、纯化工艺繁琐等问题,极大地增加了PSMAs的生产成本。另外,由于聚合物的分子量(Mn)和多分散性指数(PDI)难以精确控制,聚合物受体存在明显的批次差异,这严重影响了All-PSCs的器件性能,不利于商业化的大规模制备。因此,设计和开发结构简单的新型关键缺电子单元,以制备具有良好的批次重复性和低成本的聚合物受体材料非常重要。

最近,苏州大学/山东大学张茂杰教授团队设计并合成了一种简单的非稠环缺电子单元TIC-Br。该缺电子单元是将广泛使用的单溴替代的氰基茚酮(IC-Br)端基与简单的烷基取代的噻吩单元连接,仅通过三步简单反应(溴化反应、醛基化反应和Knoevenagel缩合反应)即可合成(图1)。研究结果显示TIC-Br分子内存在S•••O非共价相互作用,增强了分子主链的平面性和刚性。同时,不对称的TIC-Br分子呈现较大的偶极矩(4.91 Debye),有利于促进分子间紧密的π-π堆积。为探究该构建单元在聚合物受体中的应用潜力,作者将TIC-Br单元与锡化的氟化噻吩基苯并二噻吩(BDT-TF-Sn)单元共聚合成聚合物受体PTIB。该聚合物受体薄膜在可见光区(300-800 nm)具有强吸收,其最大消光系数可达0.64 × 105 cm−1(图2)。而且,其具有较高的LUMO能级(-3.86 eV)和较深的HOMO能级(-5.70 eV),有利于与给体材料匹配以及获得更高的开路电压(VOC)。此外,PTIB表现出优异的电子迁移率(1.02 × 10−4 cm2 V−1 s−1),适合作为电子受体材料。

本研究采用Enlitech SS-F5-3A产品进行量测。

图1. 不同聚合物受体的化学结构以及TIC-Br和PTIB的合成路线。

图2. TIC-Br的密度泛函理论计算结果及聚合物受体PTIB的光电特性表征。

图3. 全聚合物太阳能电池的光伏性能;高效聚合物受体和PTIB的SC值和FOM值的统计图;基于不同分子量的聚合物受体的All-PSCs器件对应的PCE值。

推荐仪器

Loading

发表回复