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张茂杰&国霞团队CEJ:基于三元共聚物的有机太阳能电池具有高热稳定性发表时间：2022-06-13 10:04作者：知研光电材料 导语：研究人员设计并合成了一系列1D/2A型无规三元聚合物PMZ1、PMZ2和PMZ3，并研究了DTCPz结构对三种聚合物物理、光学性能和器件性能的影响。张茂杰&国霞团队CEJ:基于三元共聚物的有机太阳能电池具有高热稳定性 更多光电前沿资讯和材料，可关注微信公众号“有机光电前沿”与“知研光电材料”。文中所涉及众多材料知研均有销售，详情请联系客服。 1.前言回顾 设计和合成具有合适光电特性和兼容形貌的宽带隙材料是实现有机太阳能电池（OSCs）高光电转换效率（PCE）的一个重要策略。无规三元聚合（RTP）策略是通过将第三单体结构并入给电子（D）-受电子（A）交替的聚合物主链，从而形成1D/2A或2D/1A结构。该种方法简单有效，并且易于调节吸收光谱，级联能级和优化形态。因此，这种RTP方法可以使其相应的器件具有更高的短路电流密度（JSC），同时受益于固有的D-A推拉驱动力和分子内电荷转移（ICT），材料的捕光能力得以提高。 此外，在聚合物主链中加入适当比例的第三组分可以影响电子亲和力，调控相应的HOMO能级能进一步微调开路电压（VOC）。然而，活性层薄膜中复杂互穿网络的形态控制是一个更大的挑战。D或A材料上轻微的化学结构变化将导致形态上的巨大差异，从而影响自由载流子的生成、电荷传输特性、和填充因子（FF），最终影响器件的PCE。因此，适当选择有效的第三单体构建单元来实现高性能WBG聚合物，不仅可以优化形态，而且可以很好地保持母体聚合物所需的性能，非常值得进一步探索以提高器件效率。
图1.共聚物的分子结构与性质 2.文献简介 基于上述的因素，近日，山东大学/苏州大学张茂杰教授、国霞教授研究团队设计并合成了一系列1D/2A型无规三元聚合物PMZ1、PMZ2和PMZ3（分别用10、20和30 mol%的二噻吩羧酸吡嗪（DTCPz）单元代替苯丙二噻吩二酮（BDD）单元）并研究了这种DTCPz结构对聚合物物理、光学性能和器件性能的影响。由于酯基和C=N双键的官能团产生的协同电子拉动效应可有效降低分子能级，三元共聚物的HOMO能级相对低于PM6，器件VOC略有提高。得益于N・・・S和O・・・H的分子内共价锁的存在，三元共聚物显示出优异的分子平面度，掠入射广角X射线散射（GIWAXS）测量结果显示，该类聚合物具有更紧密的分子堆叠和更好的结晶度。此外，它们的相容性有所降低，这有助于在混合物中获得更明显的相分离。
图2.器件性能结果与比较 结果显示，优化的三元共聚物PMZ2具有良好形态，其在光吸收和能量水平方面与Y6非常匹配，最终器件的PCE达到17.8%。器件光伏性能的提高主要归因于FF的显著增强，这是由于其良好的纤维形态以及增强的分子间相互作用以及择优取向，从而导致电荷解离和提取的改善以及复合的抑制。值得注意的是，基于PMZ2的器件也表现出比PM6更好的热稳定性，在85°C惰性气氛中连续热老化4000分钟后，器件仍能保留其初始PCE的79.3%，而基于PM6的器件只能保持72.3%。这些结果表明，在PM6主链中引入20 mol%的DTCPz单元不仅可以改善光伏性能，而且能提高热稳定性。
图3.材料形貌测试 3.文献总结 综上，该工作提出了一种简便的方法，通过微调宽带隙给体聚合物主链上缺电子单元的化学结构，显著改善活性层材料的薄膜形态，从而实现增强的光伏性能和热稳定性。相关研究成果最新发表于国际著名期刊《Chemical Engineering Journal》上，题为“Modulating the nanoscale morphology on carboxylate-pyrazine containing terpolymer toward 17.8% efficiency organic solar cells with enhanced thermal stability”。 本文关键词：有机太阳能电池，聚合物给体，三元聚合，宽带隙。 4.材料推荐
PM6：1802013-83-7
Y6：2304444-49-1 |
