北科大张少青团队Nano Energy:低成本聚噻吩乙烯衍生物聚合物给体助力高性能有机太阳能电池

发表时间：2022-06-09 16:23作者：知研光电材料

导语：研究人员设计并合成了一种高性能、低成本的聚合物给体PTVT-BT，基于PTVT-BT:eC9的OPV器件在不使用任何添加剂的情况下可以获得高达16.31%的PCE。北科大张少青团队Nano Energy:低成本聚噻吩乙烯衍生物聚合物给体助力高性能有机太阳能电池

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1.前言回顾

近年来目前，大多具有高性能的有机光伏（OPVs）电池器件通常使用具有复杂分子结构的聚合物给体或受体，这不可避免地增加了生产成本，并不利于OPVs的大规模生产。开发结构简单的聚合物给体非常有望克服上述问题，但该类材料非常稀缺，目前只有PTQ-10和PTVT-T被报道为结构简单的典型高性能聚合物给体。

事实上，就分子结构而言，需要避免使用稠环结构，目前高性能聚合物给体通常包含许多稠环单元，其不仅有利于π电子的离域，而且可以确保分子具有平面主干。然而，复杂的环闭合反应大大增加了材料的合成成本。然而，非稠环单元不能有效地保证分子骨架的平整度和分子构象的稳定性。因此，很难设计具有非稠环单元的高性能聚合物给体。此外，应避免使用额外的官能团来修饰分子结构。例如，卤素取代被广泛用于修饰分子从而改善其光学、电学和分子堆积特性。然而，这些官能团的引入将明显增加合成步骤和难度。因此，利用廉价的原料设计高性能、低成本的聚合物给体是一个非常具有挑战性的课题。

图1.两种给体的合成与性质比较

2.文献简介

有鉴于此，近日，北京科技大学张少青副教授研究团队基于先前工作中报道的聚合物给体PTVT-V，设计并合成了另一种高性能聚合物给体PTVT-BT，其不含有任何稠环单元。PTVT-V和PTVT-BT均表现出明显的溶液聚集效应。然而，与PTVT-V相比，PTVT-BT显示出更高的电致发光外量子效率和空穴迁移率，分别为7×10-3和1×10-2cm2V-1s-1，这使得PTVT-BT具有高效的电荷产生、传输和收集。

图2.瞬态吸收光谱测试

研究结果显示，基于PTVT-BT:eC9的OPV器件在不使用任何添加剂的情况下可以获得高达16.31%的PCE，这对于具有低成本的聚合物给体来说是非常优异的结果。此外，基于PTVT-BT:BTA3的室内OPV器件可以获得大于27%的PCE（LED 2700 K，1000 lux）。并且当以PTVT-BT:BTA3:eC9为子电池的串联器件显示出18.49%的优异PCE。更重要的是，PTVT-BT的纯材料成本可低至29.6美元/克，这些结果也说明了PTVT-BT具有巨大的工业应用价值。

图3.器件性能测试

3.文献总结

综上，该工作开发了一种具有低成本高效率的简单聚合物给体，为OPVs的商业化发展带来的更大的机会。相关研究成果最新发表于国际著名能源期刊《Nano Energy》上，题为“Low-Cost and High-Performance Poly(thienylene vinylene) Derivative Donor for Efficient Versatile Organic Photovoltaic Cells”。

本文关键词：有机光伏电池，聚合物给体，低成本，高效率，商业应用。

4.材料推荐