具有精确结构的苯并三氮唑类聚合物受体在全聚合物太阳电池中的应用

以苯并三氮唑(BTz)为稠合中心核单元,通过调控聚合位点设计合成了两个结构精确的聚合物受体PT1-γ和PT1-δ,并研究了聚合位点对聚合物受体的光学性能、电化学性能、载流子迁移率以及全聚合物太阳电池(all-PSCs)性能的影响.研究发现,与PT1-δ相比,PT1-γ具有更窄的光学带隙和更高的电子迁移率.选用PBDB-T作为给体,基于PBDB-T∶PT1-γ的全聚合物太阳电池获得了11.92%的能量转换效率(PCE),高于PBDB-T∶PT1-δ体系的9.68%;另外,其开路电压(VOC)为0.89 V,短路电流密度(JSC)为21.25 mA/cm2,填充因子(FF)为0.63.研究结果表明,聚合位点对基于苯并三氮唑的聚合物受体的光电性能具有显著影响,因而调控单体的聚合位点是开发高性能聚合物受体的有效设计策略.

共轭聚合物受体光伏材料和全聚合物太阳电池

全聚合物太阳电池(all-PSCs)由p-型共轭聚合物给体和n-型共轭聚合物受体共混活性层夹在ITO透明电极和金属顶电极之间所构成,除具有一般有机太阳电池器件结构简单、质量轻、可以制备成柔性和半透明器件等优点外,还具有形貌和光照稳定性好及抗弯折性能高等突出特点,最近成为有机太阳电池领域的研究热点。给体和受体光伏材料的吸收互补和能级匹配是获得高效all-PSC的关键。本文将介绍n-型共轭聚合物受体光伏材料的发展历史,重点介绍最近发展的窄带隙小分子受体高分子化的聚合物受体光伏材料,基于这类聚合物受体光伏材料的全聚合物太阳电池的能量转换效率已经超过了15%。最后对共轭聚合物受体光伏材料和全聚合物太阳电池下一步的研究方向和研究重点进行了展望。

苯并三氮唑基窄带隙聚合物受体用于高效全聚合物太阳电池

合理设计具有强和宽吸收的聚合物受体有助于提高光伏性能。本文以七环苯并三氮唑(Y9-C16)为构筑单元,噻吩为连接单元合成一个新型聚合物受体材料PY9-T。该受体材料的薄膜具有较低的带隙(1.37 eV)和较高的消光系数(1.44×10^(5) cm^(−1))。当PY9-T与宽带隙聚合物给体PBDB-T共混时,制备全聚合物太阳电池(APSC)实现10.45%的高能量转换效率,器件具有0.881 V的高开路电压和19.82 mA/cm^(2)的高短路电流密度。此外,器件在100°C退火后,共混膜形貌仅发生微小的变化,表明APSC具有好的热稳定性,Y9-C16为开发高效稳定的聚合物受体提供了新的构筑单元。

全聚合物太阳电池研究进展

体异质结聚合物太阳电池是有机半导体太阳电池的重点研究领域,其中全聚合物太阳电池由于有着以下优点而受到广泛关注:聚合物给体和聚合物受体的光吸收可调节范围大;太阳电池器件薄膜相对稳定;与大面积、大规模制造工艺兼容性好;太阳电池器件对外界环境不敏感,稳定性高。概述了全聚合物太阳电池的研究进展,介绍了全聚合物太阳电池的工作原理和获得高性能所面临的主要问题,重点探讨了优化全聚合物太阳电池性能的方法,主要包括活性层混合形态控制、给受体聚合物分子质量调控及制备工艺优化。对全聚合物太阳电池的发展前景进行了分析和预测,全聚合物太阳电池的研究将在未来的商业应用中占据重要位置。

全聚合物太阳电池材料与器件

全聚合物太阳电池的光活性层中的给受体材料均由聚合物构成,其具有优异的形貌稳定性及机械稳定性等突出优点,在实现大面积、柔性有机太阳电池的制备中具有较大潜力,引起了越来越多研究者的兴趣.随着各种新型聚合物给体/受体材料相继被开发出来及器件结构的不断发展,全聚合物太阳电池异军突起,器件效率目前已经突破18%.然而,相较于非富勒烯小分子受体太阳电池,全聚合物太阳电池面临效率仍需进一步提高、聚合物给/受体性能的批次差异等问题,如何开发高性能聚合物给/受体材料及制备高效器件仍面临一定的挑战.本综述着眼于全聚合物太阳电池给/受体材料的开发、器件结构调控、界面工程等方面,系统总结了近年来该领域内的代表成果,并对未来高效全聚合物太阳电池材料、器件的发展做出了展望.

新型基于烷氧噻吩炔的共轭聚合物受体的设计、合成及光伏性能

设计合成了两个新型基于烷氧噻吩炔单元的共轭聚合物受体(PTO和NTO)。PTO和NTO的给体单元为烷氧基取代的噻吩,受体单元分别为苝二酰亚胺(PDI)和萘二酰亚胺(NDI),炔键作为连接桥键。两个共轭聚合物受体都具有较宽的吸收光谱和较浅的最低未占有轨道(LUMO)能级(>-3.80eV)。我们采用中等带隙的PBDB-T作为给体材料,PTO、NTO分别作为电子受体材料,制备了全聚合物太阳电池器件。基于NTO的电池器件可以获得3.7%的能量转化效率,高于基于PTO的电池器件效率(2.8%)。这主要是因为,基于NTO的电池器件具有更高的开路电压(V_(oc))和载流子迁移率。