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

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。