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用于全聚合物太阳能电池的小带隙硼二吡咯甲烯基共轭聚合物：甲基单元的影响

DOI：10.1021/acs.macromol.9b01525 期刊：Macromolecules 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 以萘二酰亚胺（NDI）为基的共轭聚合物已被广泛用作全聚合物太阳能电池（all-PSCs）的非富勒烯电子受体，但其近红外（NIR）区域较低的吸收系数严重限制了电池的光捕获能力，从而降低了光伏性能。本研究开发了两种以缺电子单元硼二吡咯亚甲基（BODIPY）为基础的窄带隙给体-受体共轭聚合物作为电子给体，与NDI聚合物受体复合，显著提升了NIR区域的光响应能力。更重要的是，我们发现BODIPY片段上的甲基取代对这些聚合物中的电荷传输具有重要影响。当甲基单元连接在BODIPY的α位时，聚合物PMBBDT相比未甲基取代的PBBDT表现出更高的能级、更优异的结晶性以及显著提升的空穴迁移率。因此，基于PMBBDT的全PSCs功率转换效率（PCEs）可从PBBDT的0.32%提升至5.8%，且光响应范围覆盖300至900纳米。结果表明，甲基取代的BODIPY基共轭聚合物是解决NDI聚合物NIR吸收问题的有效方案，有望像基于近红外稠环电子受体的有机太阳能电池那样，进一步提升全PSCs的PCEs。
作者： Hongbo Wu，Weiwei Li，Yiting Guo，Baiqiao Liu，Dongdong Xia，Chengyi Xiao，Zheng Tang，Cheng Li
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

开发以硼二吡咯甲基(BODIPY)为缺电子单元的窄带隙给体-受体共轭聚合物，将其与NDI聚合物受体结合，以显著提升全聚合物太阳能电池在近红外区域的光响应性能。

研究成果

研究表明，甲基取代的BODIPY聚合物能通过增强近红外区域的光响应显著提升全聚合物太阳能电池的光伏性能。PMBBDT:N2200电池实现了5.8%的高光电转换效率，其光响应范围覆盖300至900纳米。

研究不足

本研究仅限于两种基于BODIPY的共轭聚合物的合成与表征及其在全聚合物太阳能电池中的应用。分子量对光伏性能的影响尚未得到充分探究。

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