四川大學(xué)彭強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì) Adv Sci：全聚物太陽(yáng)能電池效率突破17.41%
2022-06-29 來(lái)源：高分子科技
全聚合物太陽(yáng)能電池（All-PSCs）的光活性層由p-型聚合物作為電子給體和n-型聚合物作為電子受體組成，具有良好的形貌穩(wěn)定性和機(jī)械柔性，吸引了越來(lái)越多科研工作者的研究興趣。特別是近年來(lái)聚合化小分子受體（PSMA）策略的提出，使得All-PSCs的光電轉(zhuǎn)換效率顯著提升，已經(jīng)超過(guò)16%。但是與聚合物給體/小分子受體為活性層的太陽(yáng)能電池相比，器件性能仍相對(duì)落后。缺乏高性能聚合物受體材料以及難調(diào)控全聚合物活性層形貌是限制其器件性能提升的主要原因。
近日，四川大學(xué)彭強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)小分子受體末端以及聯(lián)噻吩π-橋逐步氟化，調(diào)節(jié)其光電性質(zhì)，構(gòu)建了一系列的高性能PSMA材料PYDT-2F、PYDT-3F和PYDT-4F，并用于制備高性能的全聚合物太陽(yáng)能電池。氟原子的引入略微降低了聚合物的帶隙和前線軌道能級(jí)。更重要的是氟原子促進(jìn)了分子內(nèi)的電荷轉(zhuǎn)移、增加了分子的結(jié)晶性，提升了聚合物受體的電子遷移率。以PM6為給體，上述聚合物為受體，采用逐層沉積（layer-by-layer）的器件制備工藝，有效避免了共混活性層形貌調(diào)控難題，因此獲得了非常好的器件效率。通過(guò)使用摻雜劑進(jìn)一步提升聚合物受體材料的電子遷移率，使得PYDT-2F、PYDT-3F和PYDT-4F器件的PCE分別從15.00%、16.38%和15.72%顯著提升至16.25%、17.41%和16.77%。17.41%也是目前全聚合物有機(jī)太陽(yáng)能電池器件效率的新高值。研究發(fā)現(xiàn)，PYDT-3F在PM6表層形成合適的纖維形貌，促進(jìn)了激子的解離和電荷的有效傳輸，這是效率提升的主要原因。該工作以“Binary Blend All-Polymer Solar Cells with a Record Efficiency of 17.41% Enabled by Programmed Fluorination Both on Donor and Acceptor Blocks”為題，發(fā)表在Advanced Science（DOI: 10.1002/advs.202202022）上，文章第一作者為四川大學(xué)碩士研究生周德紅，通訊作者為四川大學(xué)彭強(qiáng)教授，共同通訊作者為四川大學(xué)徐小鵬研究員以及武漢理工大學(xué)夏建龍教授。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202202022
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（責(zé)任編輯：xu）
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