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通过调节聚合物侧链苯环单元上烷基链位置实现高效聚合物太阳能电池的非辐射复合能量损失降低

DOI：10.1021/acsami.0c04397 期刊：ACS Applied Materials & Interfaces 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 非辐射复合能量损失（ΔE3）对提升聚合物太阳能电池（PSCs）器件效率具有关键作用。迄今为止，通过分子设计降低ΔE3尚无明确解决方案。本研究报道了两种共轭聚合物PBDB-P-p和PBDB-P-m，它们分别由苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩（BDT）与对位或间位取代烷硫基链的侧链苯环、以及苯并[1,2-c:4,5-c′]二噻吩-4,8-二酮（BDD）聚合而成。这两种聚合物具有不同的温度依赖性聚集特性，但分子能级相近。当采用BO-4Cl作为受体制备PSCs时，PBDB-P-p:BO-4Cl器件实现了13.83%的最高光电转换效率（PCE），而PBDB-P-m:BO-4Cl最佳器件则展现出更高的14.12% PCE。两种PSCs相近的短路电流密度（JSC）和填充因子（FF）归因于其形成的有效纳米尺度相分离结构（原子力显微镜AFM测量证实）。研究发现，基于PBDB-P-m的器件比PBDB-P-p器件具有高一个数量级的电致发光量子效率（EQEEL），这可能源于PBDB-P-m薄膜中相对较弱的聚集效应。因此，PBDB-P-m器件开路电压（VOC）显著提升至0.86 V，而PBDB-P-p器件仅为0.80 V。本研究为共轭聚合物烷硫基侧链取代位点的结构优化提供了可行途径，通过降低PSCs中的非辐射复合能量损失来提升VOC。
作者： Xiaoman Bi，Ziang Wu，Tao Zhang，Cunbin An，Ye Xu，Kangqiao Ma，Sunsun Li，Shaoqing Zhang，Huifeng Yao，Bowei Xu，Han Young Woo，Shaokui Cao，Jianhui Hou
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

通过调节聚合物侧链苯环单元上烷基链的位置进行分子设计，以研究聚合物太阳能电池（PSCs）中非辐射复合能量损失（ΔE3）的降低。

研究成果

将聚合物主链上烷硫基侧链从对位移至间位，可降低非辐射复合能量损失，从而提高钙钛矿太阳能电池的开路电压和光电转换效率。这种结构优化为提升光伏性能提供了有效途径。

研究不足

该研究聚焦于烷基链取代位置对非辐射复合损耗的影响，但未探究其他结构修饰的作用或合成工艺的可扩展性。

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