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基于侧链共轭噻吩并[3,4-c]吡咯-4,6-二酮聚合物与小分子受体的高效非富勒烯聚合物太阳能电池

DOI：10.1016/j.reactfunctpolym.2019.104378 期刊：Reactive and Functional Polymers 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 非富勒烯（NF）受体在体异质结（BHJ）聚合物太阳能电池（PSCs）中的应用，是克服富勒烯衍生物受体固有缺陷的有效途径。在PSCs中，低带隙受体-给体-受体（A-D-A）小分子受体与中/宽带隙聚合物给体之间的互补吸收及匹配的分子能级，对实现高功率转换效率（PCE）至关重要?；诒讲⒍绶裕˙DT）给电子单元和噻吩并[3,4-c]吡咯-4,6-二酮（TPD）吸电子单元的交替共聚物具有中等带隙和较低的最低未占分子轨道（HOMO）能级，与富勒烯衍生物表现出良好的光伏性能。为探究TPD基聚合物在NF-PSCs中的表现，本研究合成了两种含烷氧基或烷基噻吩修饰苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩（BDT）的TPD基聚合物作为给体，与A-D-A型受体2,2′-[[6,6,12,12-四(4-己基苯基)-s-茚并二噻吩[3,2-b]噻吩]亚甲基(3-氧代-1H-茚-2,1(3H)-二亚基)]]双(丙二腈)（ITIC）共混制备光伏器件。二维共轭聚合物PBDTT-TPD因具有增强的消光系数、更深的HOMO能级和优异的空穴传输性能，使PCE提升至6.17%。为进一步提升性能，研究还采用能级下移的小分子受体2,2′-((2Z,2′Z)-((4,4,9,9-四己基-4,9-二氢-s-茚并[1,2-b:5,6-b′]二噻吩-2,7-二基)双(甲基亚甲基))双(3-氧代-2,3-二氢-1H-茚-2,1-二亚基))双丙二腈（IDIC）与两种聚合物共混。虽然PBDTT-TPD:IDIC器件的开路电压（VOC）略有下降，但短路电流密度（JSC）和填充因子（FF）同步提升，最终获得7.15%的优异PCE。结果表明，二维共轭TPD基聚合物可作为中等带隙聚合物给体，与具有合适分子能级的小分子受体匹配，在PSCs中实现高效光伏转换。
作者： Baofeng Zhao，Haimei Wu，Weiping Wang，Hongli Liu，Jianqun Liu，Zhiyuan Cong，Chao Gao
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究非富勒烯受体在体异质结聚合物太阳能电池中的应用，以克服基于富勒烯衍生物受体的固有缺陷。

研究成果

该研究表明，基于TPD的宽带隙聚合物可作为小分子受体型近红外钙钛矿太阳能电池（NF-PSCs）的潜在给体材料，同时强调了给受体材料间驱动力对器件性能的重要性。

研究不足

该研究承认钙钛矿太阳能电池中挥发性有机化合物(VOC)与短路电流密度(JSC)之间存在权衡关系，并建议进一步探究器件稳定性与热处理条件之间的关系，以提高钙钛矿太阳能电池的稳定性。

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