全聚合物太陽能電池因其優(yōu)異的穩(wěn)定性而具有巨大的商業(yè)化潛力。同時實現(xiàn)高效率、長壽命和機械穩(wěn)定性對于全聚合物太陽能電池的商業(yè)化至關重要，然而這卻是全聚合物太陽電池領域中的難點。 近日，山東大學的高珂教授、孫延娜副教授與西安石油大學的高歡歡博士合作，采用端基共軛拓展策略設計并合成了新型聚合物受體PY-NFT，以此構建了二元全聚合物有機太陽能電池，實現(xiàn)了效率-熱穩(wěn)定性-機械性能的協(xié)同優(yōu)化。
研究發(fā)現(xiàn)，通過端基共軛拓展策略，PY-NFT的吸收光譜表現(xiàn)出比PY-FT更明顯的紅移，分子間的π-π堆積更為緊密，分子結晶性得到提升。基于PM6:PY-NFT的二元全聚合物有機太陽能電池實現(xiàn)了19.12%的光電轉換效率（認證效率為18.45%），優(yōu)于PM6:PY-FT參比器件（17.14%）。 此外，研究還發(fā)現(xiàn)，基于PM6:PY-NFT的器件具有卓越的熱穩(wěn)定性，在N2環(huán)境中65 ℃加熱1500小時后，仍能保持初始效率的90%，這主要得益于其良好的形貌熱穩(wěn)定性。在活性層機械性能方面，PM6:PY-NFT薄膜的裂紋起始應變（COS）達到了24.1%，顯示出優(yōu)異的機械性能。通過對材料的結晶特性和堆積性能進行深入分析，研究者們發(fā)現(xiàn)，端基共軛拓展策略有助于優(yōu)化分子堆積，從而提升電荷遷移效率，促進了器件效率、熱穩(wěn)定性和機械性能的協(xié)同提升。 這項工作展現(xiàn)了化學結構的精細優(yōu)化在協(xié)同提升光伏性能、熱穩(wěn)定性和機械性能方面的關鍵作用，并為有機太陽能電池向實用化發(fā)展提供了參考。 論文信息 End-Extended Conjugation Strategy to Reduce the Efficiency-Stability-Mechanical Robustness Gap in Binary All-Polymer Solar Cells Xu Zhang, Dr. Huanhuan Gao, Dr. Yuanyuan Kan, Xunchang Wang, Wenqing Zhang, Kangkang Zhou, Dr. Huajun Xu, Prof. Long Ye, Prof. Renqiang Yang, Prof. Yingguo Yang, Prof. Xiaotao Hao, Dr. Yanna Sun, Prof. Ke Gao Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202415583
