四川大學彭強教授團隊 Adv Sci：全聚物太陽能電池效率突破17.41%
2022-06-29 來源：高分子科技
全聚合物太陽能電池（All-PSCs）的光活性層由p-型聚合物作為電子給體和n-型聚合物作為電子受體組成，具有良好的形貌穩定性和機械柔性，吸引了越來越多科研工作者的研究興趣。特別是近年來聚合化小分子受體（PSMA）策略的提出，使得All-PSCs的光電轉換效率顯著提升，已經超過16%。但是與聚合物給體/小分子受體為活性層的太陽能電池相比，器件性能仍相對落后。缺乏高性能聚合物受體材料以及難調控全聚合物活性層形貌是限制其器件性能提升的主要原因。
近日，四川大學彭強教授團隊通過對小分子受體末端以及聯噻吩π-橋逐步氟化，調節其光電性質，構建了一系列的高性能PSMA材料PYDT-2F、PYDT-3F和PYDT-4F，并用于制備高性能的全聚合物太陽能電池。氟原子的引入略微降低了聚合物的帶隙和前線軌道能級。更重要的是氟原子促進了分子內的電荷轉移、增加了分子的結晶性，提升了聚合物受體的電子遷移率。以PM6為給體，上述聚合物為受體，采用逐層沉積（layer-by-layer）的器件制備工藝，有效避免了共混活性層形貌調控難題，因此獲得了非常好的器件效率。通過使用摻雜劑進一步提升聚合物受體材料的電子遷移率，使得PYDT-2F、PYDT-3F和PYDT-4F器件的PCE分別從15.00%、16.38%和15.72%顯著提升至16.25%、17.41%和16.77%。17.41%也是目前全聚合物有機太陽能電池器件效率的新高值。研究發現，PYDT-3F在PM6表層形成合適的纖維形貌，促進了激子的解離和電荷的有效傳輸，這是效率提升的主要原因。該工作以“Binary Blend All-Polymer Solar Cells with a Record Efficiency of 17.41% Enabled by Programmed Fluorination Both on Donor and Acceptor Blocks”為題，發表在Advanced Science（DOI: 10.1002/advs.202202022）上，文章第一作者為四川大學碩士研究生周德紅，通訊作者為四川大學彭強教授，共同通訊作者為四川大學徐小鵬研究員以及武漢理工大學夏建龍教授。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202202022
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（責任編輯：xu）
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