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薄志山&徐新军&刘亚辉团队AFM:无规三元共聚物助力非卤化溶剂处理的高效有机太阳能电池

发表时间:2022-06-20 10:13作者:知研光电材料
导语,研究人员通过三元无规共聚合成了三种新型聚合物给体PL1、PL2和PL3,基于PL1:BTP-eC9-4F的铸态器件PCE高达16.25%。
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。薄志山&徐新军&刘亚辉团队AFM:无规三元共聚物助力非卤化溶剂处理的高效有机太阳能电池
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1.前言回顾
PM6和D18是很常用的高性能聚合物给体,相关有机太阳能电池(OSCs)器件的光电转换效率(PCE)超过18%。然而,这些单结器件由卤化溶剂(如氯仿、氯苯和邻二氯苯)制备而成,而当使用甲苯和邻二甲苯等非卤化加工溶剂时,器件只获得了中等PCE(≈16%),这可能是因为PM6和D18在邻二甲苯等非卤化溶剂中的溶解度较差,即使在高温(100°C)下,这两种聚合物也无法完全解聚。此外,由于活性层沉积过程中聚合物的“晶种结晶”行为,聚合物较差的溶解度不利于获得最佳的相形态,并且PM6和D18在稀释的邻二甲苯溶液中无法观察到温度依赖性聚集(TDA)行为,这已被证明是有效控制共混物形态的一个重要特征。

1.不同分子结构与共聚物的合成路线


2.文献简介
无规共聚是一种潜在有效的策略,可以改善聚合物的溶解性,使其适合用于非卤化溶剂加工。近日,北京师范大学薄志山教授徐新军教授青岛大学刘亚辉教授研究团队利用明星聚合物给体PM6和D18的重复单元,通过三元无规共聚合成了三种新型聚合物给体PL1、PL2和PL3。测试结果显示,这些三元共聚物在非卤化溶剂邻二甲苯中表现出良好的溶解性。同时,PL1表现出TDA行为以及有利于器件性能的分子取向。最终,使用邻二甲苯作为溶剂时,基于PL1:BTP-eC9-4F的铸态器件PCE高达16.25%,并且非辐射能量损失极低,只有0.175 eV。

2.器件结构与基本性质


此外,在基于PL1的铸态器件中,其开路电压高达0.904 V,而在热退火器件中,开路电压仍然能够达到0.875 V,这在高效OSCs中是非常少见的。当使用多巴胺衍生物处理的PEDOT:PSS层(表示为m-PEDOT:PSS)时,基于PL1的器件PCE可以提高到18.14%,这是非卤化溶剂处理的器件效率最高值之一。这些结果表明,利用三元无规共聚方法可以容易地获得适用于绿色溶剂加工的高性能聚合物给体。

3.不同器件的光伏性能比较



3.文献总结
综上,该工作为制备高性能聚合物给体提出了新的策略,有助于绿色环保型OSCs器件的工业化生产与应用。相关研究成果最新发表于国际材料与器件领域著名学术期刊《Advanced Functional Materials》上,题为“Random Terpolymer Enabling High-Efficiency Organic Solar Cells Processed by Nonhalogenated Solvent with a Low Nonradiative Energy Loss”。
本文关键词:有机太阳能电池,聚合物给体,无规共聚,绿色加工,能量损失。

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