研究目的
研究具有苝二酰亚胺受体的体异质结聚合物太阳能电池中主链氟化对形貌、能量损失及载流子动力学的影响。
研究成果
研究表明，将PDI与高度氟化的给体聚合物配对，通过优化本体异质结形态、降低能量损失并改善载流子动力学，可显著提升钙钛矿太阳能电池的性能。该发现为开发高性能基于PDI的钙钛矿太阳能电池指明了有前景的方向。
研究不足
该研究聚焦于特定的供体聚合物对与单一受体，这可能限制研究结果的普适性。计算分析基于齐聚物模型，可能无法完全反映固态下实际聚合物的行为。
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苝二酰亚胺聚合物太阳能电池中氟调控对形貌、能量损耗及载流子动力学的影响
DOI：10.1021/acsenergylett.9b02146
期刊：ACS Energy Letters
出版年份：2019
更新时间：2025-09-16 10:30:52
摘要：
我们研究了骨干氟化效应对体异质结（BHJ）聚合物太阳能电池（PSCs）的影响，采用低氟聚合物PBDTT-FTTE与高氟聚合物PBDTTF-FTTE作为给体材料，搭配三维"螺旋桨型受体"酞菁二酰亚胺（PDI）Ph(PDI)3。相较于PBDTT-FTTE:Ph(PDI)3器件，PBDTTF-FTTE:Ph(PDI)3器件的功率转换效率（PCE）提升超过50%（最高达9.1%）。这一增强效应源于模板作用导致的结构优化相分离，表现为能量损失降低、电子迁移率提高、自由电荷寿命与产率增加以及双分子复合减弱——这些通过UPS、AFM、TEM、GIWAXS、SCLC、光强依赖测量及飞秒/纳秒瞬态吸收（TA）光谱得以量化证实。在PBDTTF-FTTE中，基态与激子态的DFT计算偶极取向近乎反平行，这解释了其更长的自由电荷寿命、最小化的复合损耗及降低的激子结合能。相比低氟PBDTT-FTTE:Ph(PDI)3对照体系，PBDTTF-FTTE:Ph(PDI)3的性能提升幅度以及整体PSC表现均优于相应的PC71BM和ITIC-Th基电池。
作者：
Weigang Zhu，Joaquin M. Alzola，Thomas J. Aldrich，Kevin L. Kohlstedt，Ding Zheng，Patrick E. Hartnett，Nicholas D. Eastham，Wei Huang，Gang Wang，Ryan M. Young，George C. Schatz，Michael R. Wasielewski，Antonio Facchetti，Ferdinand S. Melkonyan，Tobin J. Marks
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