南昌大學(xué)吳飛燕副教授團(tuán)隊(duì)和江西理工大學(xué)黃斌等通過無規(guī)共聚策略，在高性能聚合物給體PM6主鏈中引入第三單元噻吩[3,4-c]吡咯-4,6-(5H)-二酮(TPD)，獲得了光伏效率的進(jìn)一步提升。
有機(jī)太陽能電池（OSCs）作為新一代光伏技術(shù)，憑借其質(zhì)量輕，柔性，半透明，可大面積制備等突出優(yōu)勢而受到廣泛關(guān)注。目前OSCs已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了超18%的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）。隨著非富勒烯體受體(NFAs)材料的快速發(fā)展，開發(fā)更多、更好地與之能級匹配、吸收互補(bǔ)、相容性良好的聚合物給體顯得尤為重要。盡管目前最具代表性的聚合物給體材料PM6取得了令人矚目的成就，但是，PM6也存在一些缺陷，比如最高占據(jù)分子軌道(HOMO)能級不夠低，性能依賴于分子量的精確控制，形貌和性能對化學(xué)結(jié)構(gòu)變化敏感等。目前，針對PM6分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾，是豐富給體材料和提升器件效率的有效途徑。 基于此，南昌大學(xué)吳飛燕副教授團(tuán)隊(duì)和江西理工大學(xué)黃斌等通過無規(guī)共聚的策略將噻吩[3,4-c]吡咯-4,6-(5H)-二酮(TPD)單元引入到D-A型交替共聚物給體PM6的主鏈中，合成了兩種D-A1-D-A2型無規(guī)共聚物給體PM6-TPD-5%和PM6-TPD-10%。得益于TPD的強(qiáng)吸電子能力和良好的共平面性，通過無規(guī)共聚的策略微調(diào)TPD單元在聚合物PM6骨架中的摩爾比，可以有效的調(diào)控能級、吸收、電荷轉(zhuǎn)移性能和形貌等。與PM6:Y6相比，基于PM6-TPD-5%:Y6展現(xiàn)出更高的開路電壓(0.860V)，更平整的共軛主鏈以及更佳的分子堆疊和更理想的聚集形態(tài)，最終獲得了16.3%的效率。無規(guī)共聚物PM6-TPD-5%不僅在分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上極其簡單，而且具有很好的性能重現(xiàn)性。有趣的是，研究表明開路電壓并不總是與第三種成分成比例增加。此外，通過三元共混策略將給體PM6-TPD-5%引入到PM6:Y6二元體系制備了三元器件，基于PM6: PM6-TPD-5%:Y6的三元OSCs獲得了17.1%的效率。結(jié)果表明，無規(guī)共聚是設(shè)計(jì)高性能給體的可行策略且兩種具有相似結(jié)構(gòu)和吸收性能的聚合物在三元器件中也能獲得顯著的效率提升。 論文信息 Random Copolymerization Strategy for Host Polymer Donor PM6 Enables Improved Efficiency Both in Binary and Ternary Organic Solar Cells Na Yang, Yujun Cheng, Seoyoung Kim, Bin Huang*, Zuoji Liu, Jiawei Deng, Jing Wang, Changduk Yang*, Feiyan Wu*, Lie Chen ChemSusChem DOI: 10.1002/cssc.202200138
