改性聚合物材料告訴你合成無規共聚物受體材料以實現高效率全聚合物太陽能電池

改性聚合物材料告訴你合成無規共聚物受體材料以實現高效率全聚合物太陽能電池

近十年來，有機聚合物太陽能電池取得了長足的發展。通用的異質結聚合物太陽能電池以溶液加工的聚合物和富勒烯衍生物（PCBM）的混合薄膜為活性層，目前這類太陽能電池的能量轉換效率（PCE）已經超過了11%。然而PCBM具有一些先天的缺陷，比如：弱的吸收、高的價格和差的形貌穩定性。為了克服這些缺點，近5年來，關于全聚合物太陽能電池的研究非?；钴S。制備高效率的全聚合物太陽能電池需要吸收互補、能帶匹配、高分子量的p型和n型聚合物。相比p型聚合物的蓬勃發展，n型聚合物的種類目前十分有限。直到最近幾年，一些高電子遷移率、高吸收系數的n型聚合物被不斷的報道出來。目前，最通用n型聚合物是基于NDI和聯噻吩的交替共聚物N2200，與高效率的p型聚合物PTB7-Th配合，這類全聚合物太陽能電池最高的能量轉換效率在6%左右。然而聚合物N2200具有剛性較大的分子主鏈，在混合薄膜中容易形成大的結晶，從而很難獲得令人滿意的混合薄膜形貌，降低了電池中激子分離和傳輸的效率。改性聚合物材料

為了解決這一問題，瑞典查爾姆斯理工大學（Chalmers University of Technology）Ergang Wang副教授團隊與埃因霍溫理工大學（Eindhoven University of Technology）的Rene? A. J. Janssen教授合作，通過在N2200主鏈中引入了少量的單一噻吩，合成了一系列NDI-聯噻吩-噻吩的共聚物。其中，含有10%噻吩的共聚物PNDI-T10具有更高的分子量、更柔性的聚合物主鏈和低的結晶度，其分子鏈在制備器件的過程中對于溶劑退火更敏感。因此，基于PTB7-Th:PNDI-T10的全聚合物太陽能電池獲得了7.6%的能量轉換效率，幾乎是PTB7-Th:N2200電池效率的兩倍。作為太陽能電池的重要指標之一，其填充因子（FF）達到了0.71，是目前全聚合物太陽能電池中的最高值。本文通過一種簡單的方法，合成了高效率的n型聚合物材料，制備了高效率的全聚合物太陽能電池，顯示了全聚合物太陽能電池的巨大潛力。

這一成果發表在Journal of the American Chemical Society上，文章的第一作者是瑞典查爾姆斯理工大學博士研究生Zhaojun  Li，改性聚合物材料通訊作者是查爾姆斯理工大學Xiaofeng  Xu博士、Ergang  Wang副教授和埃因霍溫理工大學的Rene? A. J. Janssen教授。