Adv. Energy Mater. 给体单元的一对一联系能否提高PSCs的性能？

【引言】

经过许多年的发展，硅基太阳能电池已经很难取得突破性进展，相比之下聚合物太阳能电池成本低、质量轻和机械性能好等特点，异质结的聚合物太阳能电池能量转化效率已经突破11%，发展前景广阔。设计并合成新颖的结构对进一步发展聚合物太阳能电池来说至关重要。来自南方滚球体育 大学的郭旭岗教授课题组最近在Adv. Mater.上发表他们在聚合物太阳能电池结构设计上的进展。

【成果简介】

新颖的结构要具有合适的几何形态、良好的光电性质和增溶的特点。在有机薄膜场效应晶体管(OTFT)领域,nTs具有较好的流动性被广泛用于聚合物太阳能电池的给体部分，也正是由于nTs的贡献，聚合物太阳能电池的填充因子获得了>75%的水平。

充分利用烷基化模式和噻吩的数量可以得到性能上的提升，在不同的nTs中，三噻吩(3T)和四噻吩(4T)具有广阔前景。郭教授课题组设计了一种新的给体单元，具有一对一联系的3-烷氧基-3＇-烷基-2，2＇-联噻吩(TRTOR)结构，TRTOR具有两个可溶性长链，具有高度共面性以使得S-O分子的接触，最终使增溶能力得到提升。在提升光谱吸收、降低能带隙和优化结晶度等性能上均有所改善。

【图文导读】

图1.合成TRTOR高分子共聚物的流程图

1，Pd2(dba)3, P(o-tolyl)3在03当量Pd催化，在微波放射下合成。

2，微波放射2-噻吩，2-溴噻吩继续微波放射，红线标示分子内S-O无共价键接触

图2.光谱吸收和循环伏安曲线测试图

a)1 × 10⁻⁵m 的o-DCB溶液和1 mg mL⁻¹的o-DCB溶液旋涂成薄膜后的光谱吸收曲线

b)聚合物薄膜在氰化甲烷溶液中，50 mV s⁻¹条件下测试而得的循环伏安曲线

图3.太阳能电池综合性能测试图

a)反向聚合物太阳能电池结构。插图是界面层材料PFN和PEIE的分子结构式

b)开路条件下组成电池的能级图

c)大气质量1.5AM，光通量100mW cm^-2条件下，充分利用P1-P3的太阳能电池的J-V曲线

d)对应聚合物太阳能电池量子效率测试图

图4.P1-P3结构和异质结能带的掠角衍射图

a-i)TRTOR聚合物的平面衍射图

j-i)晶体的侧面剖视图

图5.有无添加剂OTD的对比图

a,c)分别为在制作聚合物太阳能电池时没有添加剂OTD的情况

b,d)为在同等条件下加入添加剂OTD的情况

结果表明在制备聚合物太阳能电池时，添加OTD可以提升能量转换效率

【小结】

以往主要因2T、3T和4T限制的聚合物半导体给体单元，在郭教授课题组的研究中得到改进，他们设计了一对一联系的给体单元，PCE达到9.76%带隙降低到1.50eV以下，这种新型结构为今后PSCs的给体结构提供了更多选择，研究还表明分子内S-O非共价键接触将会为聚合物的性能提升到更高水平。

【通讯作者简介】

郭旭岗：近五年来，发表高水平论文近30篇， 一作和通讯作者论文20余篇， 其中Chem. Rev. (影响因子: 46.568) 一作兼通讯1篇， Nature Photonics (影响因子: 32.386) 一作1篇，JACS (影响因子: 12.113) 一作和通讯6篇，Adv. Mater. (影响因子: 17.493) 一作1篇。多篇论文在封面发表，并被国内外媒体广泛报道，论文引用1900余次，单篇引用100次以上论文9篇，申请国际发明专利3项，授权1项，成果转化1项。受包括Chem. Rev.在内的多家杂志和出版社约稿撰写综述和专著, 在国内外著名会议和研究机构作邀请报告20余次, 在研项目经费近2000万。

原文链接:Head-to-Head Linkage Containing Bithiophene-Based Polymeric Semiconductors for Highly Efficient Polymer Solar Cells（Adv. Mater. 2016, DOI: 10.1002/adma.201603112）

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