近年來，有機(jī)太陽能電池發(fā)展迅速，給/受體雙組分有機(jī)太陽能電池活性層通過優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)成為了提高光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）的重要途徑。其中，側(cè)鏈工程具備調(diào)控活性層材料的溶解度，優(yōu)化分子形貌等優(yōu)點(diǎn)，成為了目前提高光伏器件效率的重要策略之一。然而，通過給/受體的側(cè)鏈工程往往只能實(shí)現(xiàn)器件填充因子（FF）或短路電流（Jsc）等單一調(diào)控器件單一參數(shù)的調(diào)控，很難實(shí)現(xiàn)器件整體工作參數(shù)全面提高。
近日，南昌大學(xué)化學(xué)學(xué)院陳義旺教授和諶烈教授課題組與北京航天航空大學(xué)孫艷明教授課題組合作，合成了三個基于苯并三氮唑（FTAZ）不同側(cè)鏈長度的新型寬帶隙聚合物給體材料，L24，L68 和 L810。研究表明，通過在苯并二噻吩（BDT）單元中引入單個氯(Cl)原子，一方面能夠有效降低最高占有軌道(HOMO)能級，降低分子主鏈的扭轉(zhuǎn)角；另一方面能提高聚合的反應(yīng)活性，從而大大提高了聚合物材料的分子量，解決給體材料分子量不足導(dǎo)致器件性能難以提高的問題。更重要的是，通過精準(zhǔn)調(diào)控FTAZ單元側(cè)鏈長度，明顯提高了光譜吸收，分子取向更傾向于Face-on堆疊方式，優(yōu)化了活性層中相分離尺寸，活性層形貌得到顯著改善，最終實(shí)現(xiàn)了短路電流(Jsc)，填充因子(FF)，甚至包括開路電壓(Voc)三個器件參數(shù)的全面顯著提高。其中，聚合物L(fēng)810實(shí)現(xiàn)了12.1%的能量轉(zhuǎn)換效率，伴隨的外量子效率(EQE)的吸收光譜從500nm到800nm一直維持高達(dá)80%，這也是目前基于FTAZ單元聚合物給體材料的最高效率之一。
圖一 (a)和(b) 分別為J91, L24,L68,L810的DFT模擬計算圖; (c)BDT-4F和BDT-2Cl中BDT上α位的反應(yīng)活性對比。
圖2 三個聚合物材料制備器件的I-V曲線圖。
相關(guān)工作發(fā)表在Advanced Functional Materials上，文章第一作者是南昌大學(xué)化學(xué)學(xué)院的碩士研究生廖志輝，北京航天航空大學(xué)的博士研究生謝遠(yuǎn)鵬為共同一作，南昌大學(xué)陳義旺教授和諶烈教授以及北京航天航空大學(xué)孫艷明教授為共同通訊作者。Zhihui Liao, Yuanpeng Xie, Lie Chen*, Yun Tan, Shaorong Huang, Yongkang An, Hwa Sook Ryu, Xiangchuan Meng, Xunfan Liao, Bin Huang, Qian Xie, Han Young Woo, Yanming Sun*, and Yiwang Chen*. Fluorobenzotriazole (FTAZ)-Based Polymer Donor Enables Organic Solar Cells Exceeding 12% Efficiency, Adv. Funct. Mater. 2019, 1808828.
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