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聚合物主链氟化对体异质结有机太阳能电池中电荷产生/复合模式及垂直相分离的影响

DOI：10.3389/fchem.2020.00144 期刊：Frontiers in Chemistry 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要： 在聚合物给体和受体的主链上引入氟（–F）取代基是实现高效体异质结（BHJ）太阳能电池的有效策略。具体而言，含氟聚合物通常呈现平面构象，从而有利于分子堆积和电子耦合。然而，氟取代基对决定BHJ活性层整体效率的电荷产生与复合特性的影响仍是亟待研究的关键问题。本报告通过研究两种PBDT[2X]T聚合物类似物——聚[4,8-双(2-乙基己氧基)苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩-噻吩][PBDT[2H]T]及其氟代衍生物聚[4,8-双(2-乙基己氧基)苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩-3,4-二氟-噻吩][PBDT[2F]T]，系统考察了–F取代基如何影响BHJ太阳能电池中的共混形貌、电荷产生、载流子复合与提取过程。鉴于PBDT[2H]T与PBDT[2F]T基BHJ器件存在显著的效率差异，本研究重点表征了共混薄膜的面外形貌，因为垂直相分离特性对聚合物-富勒烯BHJ太阳能电池的电荷传输和载流子提取具有重大影响。我们采用电子能量损失谱（EELS）结合电荷传输表征技术对PBDT[2X]T-富勒烯共混薄膜进行分析，结果表明：由于BHJ共混薄膜中存在不同的聚集态和相分布，PBDT[2H]T与PBDT[2F]T展现出显著差异的电荷产生、复合及提取特性。
作者： Yanqiu Shao，Yuying Chang，Suju Zhang，Mingyue Bi，Shengjian Liu，Daliang Zhang，Shirong Lu，Zhipeng Kan
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

系统研究氟取代基如何影响体异质结（BHJ）太阳能电池中的混合形态、电荷产生、载流子复合与提取。

研究成果

研究表明，氟取代基会显著影响体异质结太阳能电池中的电荷产生、复合及提取特性，从而导致器件效率差异。与基于PBDT[2H]T的器件相比，基于PBDT[2F]T的器件表现出更高效的电荷产生与提取能力以及更高的空穴迁移率，因而具有更高的开路电压（VOC）、短路电流密度（JSC）、填充因子（FF）和整体器件性能。

研究不足

该研究聚焦于氟取代基对两种特定聚合物类似物PBDT[2H]T和PBDT[2F]T及其与PC71BM混合薄膜的影响。这些发现可能并不直接适用于其他聚合物体系或富勒烯受体。

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