广东
导读
全聚合物太阳能电池具有优异的光、热、机械稳定性等优势，引起了学术界和工业界的广泛关注。然而，相比于大量的高效聚合物受体材料，给体聚合物的发展比较滞后。尤其是对于不含卤素的聚合物给体来说，目前以PBDB-T，JD40以及部分三元聚合物为代表。全聚合物太阳电池最高效率不超过17%。因此开发新型的无卤聚合物是促进全聚合物太阳能电池发展的关键。
图1. 基于无卤聚合物的全聚合物太阳能电池的效率散点图。
作者在本文中利用二噻吩并喹喔啉酰亚胺（DTQI）作为吸电子单元，含噻吩支链的苯并二噻吩（BDT）作为D单元研发了一种D-π-A型无卤聚合物给体材料（QQ1），应用于全聚合物太阳能电池，并选用经典无卤聚合物给体PBDB-T作为参照，来验证无卤聚合物构效关系的内在规律。系统的研究表明QQ1具有深HOMO能级，宽的吸收范围，高的发光量子产率和更紧密π-π堆积。相较于PBDB-T：P-IT组合, QQ1：PY-IT拥有更低的能量损失，有序紧密的分子堆积和理想相分离的微观形貌。
最终，基于QQ1：PT-IY的二元全聚合物太阳能电池实现了18.8%的能量转换效率，当引入经典的宽带隙非富勒烯受体材料F-BTA3作为第三组份时，器件实现了19.2%的能量转换效率。这些结果为合理设计用于全聚合物太阳能电池的新型非卤聚合物给体提供了新的思路。
图2. (a) PBDB-T，QQ1和PY-IT的化学结构；(b) PBDB-T和QQ1的表面静电势；(c) PBDB-T，QQ1，和PY-IT的吸收图谱；(d) 材料的能级图。
图3. (a) 器件的超灵敏外量子效率与能量的关系曲线；(b) 器件的超灵敏外量子效率与短路电流密度的关系曲线；(c)器件的三部分电压损失对比图。
图4. (a) PBDB-T:PY-IT和QQ1:PY-IT的AFM高度图和相图；(b)、(c) PBDB-T, QQ1，PBDB-T:PY-IT和QQ1:PY-IT的GIWAXS图。
该工作的第一作者为郑州大学/国家纳米科学中心/安徽师范大学联合培养博士生王宗涛，安徽师范大学硕士生王欣为共同第一作者，国家纳米科学中心周二军研究员和安徽师范大学史永强教授为共同通讯作者。
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202319755
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