全聚合物太陽能電池(All-polymersolar cells, all-PSCs)是基于聚合物給體和聚合物受體的太陽能電池，以其良好的熱穩(wěn)定性、高機(jī)械強(qiáng)度和可拉伸性等獨(dú)特優(yōu)勢，適合于可穿戴和柔性設(shè)備的潛在應(yīng)用,然而全聚合物電池性能落后于高性能小分子受體器件。主要原因是由于全聚合物電池的全聚合物受體可選擇性較少，目前使用較多的是基于PDI和NDI的聚合物受體，其存在吸收系數(shù)低、與聚合物給體混溶性差、結(jié)晶度強(qiáng)、聚合物受體電子遷移率較差等缺點(diǎn)，均對光電流和填充因子(FF)有負(fù)面影響。
圖文解析
利用簡單的共軛橋聯(lián)單元將小分子受體(SMA)聚合而成的PSMAs，具有吸收范圍廣、對SMAs的吸光度強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，這是一種很有前景的制備聚合物受體的策略。李永舫團(tuán)隊用此策略，將噻吩修飾過的Y6小分子受體和不同摩爾量的3-乙基噻吩(ET)單元進(jìn)行聚合，合成一系列聚合物受體PTPBT-ETx。
與只有y6單元和噻吩單元的PTPBT相比，在三元共聚物中加入ET單元的PTPBT-ETx(其中x為ET單元的摩爾比)表現(xiàn)出LUMO能級的上升、電子遷移率的增加以及與聚合物給體PBDB-T共混膜共混形貌的改善。而基于PBDBT:PTPBT-ET0.3的全聚合太陽能電池實(shí)現(xiàn)了超過12.5%的高功率轉(zhuǎn)換效率(PCE),還具有超過300小時的長期光穩(wěn)定性。
其研究結(jié)果表明，小分子受體單元與第三功能單元的隨機(jī)三元共聚是全聚合物中開發(fā)高效聚合物受體的一種簡單而有效的策略。該文以題目《采用隨機(jī)三元共聚策略合成了具有高分子受體的高性能全聚合物太陽能電池》發(fā)表在國際著名期刊德國應(yīng)化上。本文通訊作者為中國科學(xué)化學(xué)研究所的李永舫院士、孟磊研究員。
總結(jié)
采用隨機(jī)的三元共聚的策略利用Y6分子，噻吩單元以及控制摩爾比例的ET單元，合成了一系列的PTPBT-ETx聚合物受體與不含ET單元的全聚合物受體PTPBT相比，在共聚物骨架中摻入一定量的ET單元，不僅可以上調(diào)聚合物受體的LUMO水平,而且使得其與聚合物源PBDB-T的共混膜有較高的電荷遷移率和良好的形貌。
基于PTPBT-ETxs受體的全聚合物太陽能電池，隨著聚合物受體中ET含量的增加，Voc逐漸增大。基于PBDT-T:PTPBT-ET0.3的全聚合物電池中Voc、Jsc、FF協(xié)同效果最好，最好PCE為12.52%。此外，基于PTPBT-ET0.3的全聚合物電池在300小時內(nèi)表現(xiàn)出顯著的長期光穩(wěn)定性，且未出現(xiàn)明顯的初始“老化”退化。證明了隨機(jī)三元共聚上述PSMA受體可能導(dǎo)致進(jìn)一步發(fā)展高性能聚合物受體的全聚合物電池的PCE的進(jìn)一步改善。
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