Adv. Mater.：中间带隙共聚物的侧链工程抑制三联体形成用于高效聚合物太阳能电池

【背景介绍】

近十年来，聚合物太阳能电池（PSCs）由于其轻便，生产成本低，并且可将其制造成柔性和半透明设备，引起了学术界和工业界的广泛兴趣。PSCs由作为供体的p型共轭聚合物的混合活性层和作为受体的n型有机半导体（n-OS）构成，并夹在透明底部电极和金属顶部电极之间。近来，中间带隙共轭聚合物作为供体的PSCs和窄带隙n-OS作为受体的PSCs功率转换效率（PCE）已达到11-13％。

【成果简介】

近日，南京大学张春峰教授、中科院化学所张志国研究员、北京滚球体育 大学杨运旭教授、中科院化学所李永舫研究员（共同通讯）等人证明在供体聚合物上噻吩共轭侧链的二氟取代物可以抑制三联体形成以减少载体重组。以双（烷基-二氟噻吩基）-苯并二噻吩作为供体单元和氟苯并三唑作为受体单元，设计并合成了一种新的中间带隙2D共轭D-A共聚物J91，在框架和噻吩侧链上具有协同氟化的优点。与对照聚合物J52相比，J91在噻吩侧链上没有氟化，表现出增强的吸收，最高占据的分子轨道能级和更高的空穴迁移率。相关成果以题为“Side Chain Engineering on Medium Bandgap Copolymers to Suppress Triplet Formation for High-Efficiency Polymer Solar Cells”发表在了Advanced Materials上。

【图文导读】

图1 聚合物供体和n-OS受体的侧链工程

通过ITIC侧链异构化（如图1b所示）的m-ITIC具有比ITIC更强的膜吸收系数和更高的电子运动性

图2 薄膜吸收系数及循环伏安图

a）J52，J91和m-USIC在薄膜状态下的吸收系数

b）玻璃碳电极上的J52（蓝线）和J91（红线）膜的循环伏安图

图3 J-V特性曲线及IPCE光谱

a）基于具有或不具有热退火（TA）的聚合物供体/ m-ITIC（1：1.5，w / w）的PSCs的J-V特性

b）PSCs相应的IPCE光谱

c）V_OC和E_loss对比E_HOMO

d）器件的J_SC的光强度依赖性

图4 J91 / m-ITIC混合膜的电荷动力学

a）从J91和m-ITIC膜记录的瞬态吸收（TA）光谱

b）在不同的时间延迟下从J91 / m-ITIC混合膜记录的TA光谱

c）J91 / m-ITIC混合膜的动力学曲线

d）在720和595nm处探测的J91 / m-ITIC共混膜的动力学曲线

e）在1220nm探测的fs解析TA曲线

f）在1220nm处探测的TA曲线

图5 动力学状态图

a）电荷转移

b）电荷分离动力学的状态图

c）J91 / m-ITIC和J52 / m-ITIC的混合膜中三联体的形成动力学

d）对于J91/m-ITIC和J52/m-ITIC混合膜，在595nm探测的ns-TA动力学曲线

图6 混合膜的形貌图

a，c）铸态（a）和热退火（c）J91：m-ITIC混合膜的形貌图

b，d）对应的相位图像

e）J91（绿线）和m-ITIC（红线）的FT-IR光谱

f，g）铸态（f）和热退火（g）J91：m-ITIC混合膜的PiFM图像

【小结】

为了利用BTA单元和侧链主链在BDT单元上的协同氟化作用的优点，该团队合成了一种新的高度氟化的BDT-alt-BTA聚合物J91，将烷基（3,4-二氟）噻吩基侧基引入 BDT供体单位。结果表明，引入烷基二氟噻吩基侧链以抑制三联体的形成和电荷复合是进一步提高PSCs高效共轭聚合物供体光伏性能的有效途径。

文献链接：Side Chain Engineering on Medium Bandgap Copolymers to Suppress Triplet Formation for High-Efficiency Polymer Solar Cells（Adv. Mater.,2017,DOI:10.1002/adma.201703344）

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