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電子給體（D）為共軛骨架，電子受體（A）為側(cè)鏈單元的雙纜共軛聚合物能形成D/A分子異質(zhì)結(jié)以進(jìn)行激子解離，從而能夠應(yīng)用于單組分有機(jī)太陽能電池（SCOSCs）。不同于給受體物理共混形成的本體異質(zhì)結(jié)（BHJ）電池，經(jīng)由給受體單元以共價鍵連接的雙纜共軛聚合物制備的器件，不僅能夠提高薄膜形貌的穩(wěn)定性而且能夠賦予電池器件優(yōu)異的光熱穩(wěn)定性。盡管雙纜共軛聚合物已經(jīng)有近幾十年的研究歷史，然而基于這類材料的有機(jī)太陽能電池器件的能量轉(zhuǎn)換效率（PCE）普遍低于5%。

自2017年以來，李韋偉教授課題組致力于發(fā)展給受體雙纜型共軛高分子材料體系，并開發(fā)了一系列基于酰亞胺類受體單元的雙纜共軛聚合物應(yīng)用于SCOSCs，通過材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計和形貌的精細(xì)調(diào)控，該課題組將雙纜共軛聚合物的能量轉(zhuǎn)換效率不斷提升至8%。但是，這類材料的吸收光譜普遍較窄難以覆蓋至近紅外區(qū)域，造成了對太陽光利用率低使得電池器件的短路電流密度偏低，以及其較高的電壓損失，最終限制了雙纜共軛聚合物電池性能的進(jìn)一步提升。因此，開發(fā)具有近紅外光譜響應(yīng)的雙纜共軛聚合物材料十分必要。近年來，A-D-A型近紅外光譜吸收的非富勒烯受體材料在有機(jī)太陽能電池領(lǐng)域中取得了重大突破，因此將其引入雙纜共軛聚合物對于提高SCOSCs性能具有重要的研究意義。

近期，該課題組首次成功開發(fā)出具有近紅外光譜響應(yīng)受體的雙纜共軛聚合物并成功將其應(yīng)用于SCOSCs。作者設(shè)計合成了具有對稱結(jié)構(gòu)的的s-DCPIC，研究發(fā)現(xiàn)該聚合物的SCOSCs的PCE僅為2.99%，分析發(fā)現(xiàn)具有較大共軛結(jié)構(gòu)的TPDIC受體單元阻礙了D/A納米相分離的形成?；谏鲜龇治觯髡咴O(shè)計了不對稱的as-DCPIC，研究發(fā)現(xiàn)，通過器件優(yōu)化，基于as-DCPIC的SCOSCs的EQE接近0.8，PCE超過10%，并且基于該材料的器件表現(xiàn)出優(yōu)異的光熱穩(wěn)定性。進(jìn)一步分析掠入射X射線衍射和原子力顯微鏡測試數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)雙纜共軛聚合物中給受體形成了良好的協(xié)同結(jié)晶，促使D/A形成了合適的納米相分離尺寸。同時，as-DCPIC薄膜具有高效的載流子產(chǎn)生和電荷分離態(tài)的形成，亦促進(jìn)了其能量轉(zhuǎn)換效率的提高。

在該工作中，北京化工大學(xué)材料學(xué)院李韋偉教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計并合成了具有近紅外光譜吸收的非富勒烯受體型雙纜共軛聚合物，并將其成功應(yīng)用于單組分太陽能電池。通過雙纜共軛聚合物非對稱的結(jié)構(gòu)設(shè)計實(shí)現(xiàn)了較低的電壓損失和高的載流子遷移率，從而將其能量轉(zhuǎn)換效率提升至10%，同時也實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的光熱穩(wěn)定性。因此，將近紅外吸收的非富勒烯電子受體側(cè)鏈單元引入雙纜共軛高分子材料體系，是獲得高性能、高穩(wěn)定性的單組分有機(jī)太陽能電池的一種有效策略，并且能夠推動單組分有機(jī)太陽能電池進(jìn)入嶄新的研究階段。