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非稠环聚合物受体构建高效全聚合物有机太阳能电池

1.前言回顾

      近年来,基于聚合稠环受体的全聚合物有机太阳能电池(all-PSCs)取得了显著进展,器件性能也在不断提高。然而,由于单体的合成具有高度复杂性,这些聚合物受体的高成本可能会限制其商业应用。因此,迫切需要为all-PSCs开发廉价、高性能的聚合物受体。


      非共价稠环受体(NFRAs)具有合成路线简单、产率高、成本低等优点。在引入非共价构象锁(NoCLs)后,NFRAs可以保持良好的平面性、优异的光吸收和高电荷传输迁移率,这有利于改善其光伏性能。目前,人们已经开发了各种策略来调节NFRAs的结构和物理化学性质,例如调节中心主干和侧链,以及修饰端基。然而,目前还尚未有相关报道将聚合NFRAs应用于all-PSCs之中。事实上,该策略可能会降低all-PSCs的成本,这对all-PSCs的工业化生产非常重要。

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图1.新型非稠环聚合物受体的结构与合成


2.文献简介

        中国科学院大学黄辉教授、张昕副教授研究团队在之前的工作中曾报道了一系列NFRAs,通过引入不同类型的NoCLs来制备高性能器件,PCE高达14.82%。其中,BTzO-4F是一种高性能的NFRAs,具有优良的苯并三唑(BTz)单元和额外的化学修饰位点,这将有助于获得高性能聚合物受体。近日,该团队利用小分子受体聚合的策略,设计并合成了两种基于NFRAs的聚合物受体(NFRA-PAs):PBTzO和PBTzO-2F,并首次应用于all-PSCs之中。研究人员通过将氟原子引入主链,系统地调整了分子的光电特性和堆叠行为。

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图2.器件结构与光伏性能探究


  研究结果显示,基于PBDB-T:PBTzO-2F的器件表现出了11.04%的优良PCE,远高于基于PBTzO的器件,这是因为前者器件增加了电荷产生和提取,改善了空穴转移和载流子迁移率,并减少了能量损失。更为重要的是,由于NFRA-PAs具有更简单的共轭骨架、更低的合成复杂度和更高的产率,基于PBTzO-2F的品质因数(FOM)显著高于已报道的高性能稠环受体基聚合物受体(FRA-PAs)。这些数据表明,PBTzO-2F有利于实现低成本、高性能的all-PSCs。

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图3.代表性FRA-PAs和NFRA-PAs合成复杂度、FOM值比较



3.文献总结

   综上,该工作提出一种新策略,即构建基于NFRAs的聚合物受体,为all-PSCs的发展提供了新思路。相关研究成果于3月4日在线发表于国内著名期刊《Science China Chemistry》上,题为“Low-Cost Polymer Acceptors with Noncovalently Fused-Ring Backbones for Efficient All-Polymer Solar Cells”。本文第一作者为中国科学院大学古晓斌、魏亚男;共同通讯作者为中国科学院大学黄辉教授、张昕副教授和东华大学唐震教授。


  本文关键词:全聚合物有机太阳能电池,非稠环受体,聚合物受体,低成本。


4.材料推荐


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                                                                                                         PBDB-T                                 N2200

                                                                                                   1415929-80-4                       1100243-40-0



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