近日,中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所李永舫院士和張志國(guó)副研究員等人展示了將具有受體-給體-受體(A-D-A)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)吸收窄帶隙小分子受體結(jié)構(gòu)單元、通過(guò)與噻吩單元共聚合成高性能聚合物受體PZ1的策略。PZ1具有1.55eV的窄帶隙和高吸收系數(shù)(1.3×105cm-1)的寬吸收。使用寬帶隙聚合物PBDB-T作為給體和PZ1為受體的全聚合物PSCs具有9.19%的高PCE,這是全聚合物PSCs效率目前的最高值。
另外作者將光誘導(dǎo)力顯微鏡-納米紅外光譜技術(shù)(PIFM)首次用于全聚合物太陽(yáng)能電池的形貌觀測(cè)中,這種技術(shù)能夠根據(jù)給受體的官能團(tuán)的不同,從納米尺度闡釋活性層形貌與器件性能的關(guān)聯(lián),為PSCs形貌優(yōu)化提供了指導(dǎo)。相關(guān)成果以題為“Constructing a Strongly Absorbing Low-Bandgap Polymer Acceptor for High-Performance All-Polymer Solar Cells”發(fā)表在了Angewandte Chemie International Edition上。
圖1 用于全聚合物PSCs的有代表性聚合物受體以及聚合物受體PZ1和聚合物給體PBDB-T的分子結(jié)構(gòu)
圖2 吸收光譜和循環(huán)伏安圖
(b)PZ1(紅線)和IDIC-C16(藍(lán)線)的循環(huán)伏安圖
圖3 全聚合物太陽(yáng)能電池的J-V曲線及IPCE譜
(a)在AM 1.5G,100mW / cm 2的光照下,基于PBDB-T:受體(1.5:1,w / w)的全聚合物PSCs的J-V曲線
(b)相應(yīng)PSCs的IPCE隨波長(zhǎng)的變化曲線。
圖4 光誘導(dǎo)力顯微鏡-納米紅外光譜(PIFM)圖像和掠入射小角X射線散射(GIWAXS)圖像
(a,b)在1649cm -1處檢測(cè)PBDB-T和1700cm -1處檢測(cè)PZ1的(a)未經(jīng)優(yōu)化處理和(b)優(yōu)化處理的PBDB-T:PZ1混合膜的PIFM圖像
(c,d)(c)未經(jīng)優(yōu)化處理和(d)優(yōu)化處理的PBDB-T:PZ1混合膜的GIWAXS圖像
該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并合成了以A-D-A結(jié)構(gòu)強(qiáng)吸收窄帶隙小分子受體為構(gòu)筑單元的新型π-共軛聚合物受體PZ1,該聚合物以n-型有機(jī)半導(dǎo)體 IDIC-C16作為關(guān)鍵結(jié)構(gòu)單元和噻吩作為π橋。新的聚合策略保留了小分子受體的強(qiáng)吸收(吸收系數(shù)達(dá)到1.3×105 cm -1)、并有效延伸了其π共軛使吸收光譜紅移以獲得更好的光吸收。這種聚合策略的成功為全聚合物PSCs開(kāi)發(fā)高效的聚合物受體提供了新的途徑。
論文鏈接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201707678/full
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