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氯化是设计高性能聚合物光伏材料的一种非常简单有效的策略|亚博app下载链接

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本文摘要:与无氯取代的对照聚合物PBDB-T相比,PM7具有较低的HOMO能级、较高的吸收系数、较强的结晶度和较高的载流子迁移率。在相同的条件下,PBDB-t:it-4f系统在067V的低Voc条件下,其PSC仅比PCE低58%

制备

聚合物太阳能电池作为一种新型的清洁能源技术,由于其半透明性、柔性和大面积制造等优点,近年来受到广泛关注。近三年来,N型有机半导体作为非富勒烯(NF)受体在高性能光子晶体中获得了蓬勃发展,因为与传统的富勒烯衍生物相比,N型有机半导体具有前驱体来源通用、制备成本低、吸收和能级固定、能量损失低、形貌稳定性高等优点。到目前为止,单结NF-PSCS的功率开关效率已经超过11-13%。

当与宽带隙聚合物混合时,它-4f基光子晶体显示出约13.1%的高PCE。由于较好的给定聚合物供体和N-OS受体在获得高效PSC中起着重要作用,因此采用常见的制备变化(如原子取代、侧链标记和引入芳香米粉环)来优化高性能聚合物供体。

其中,原子的取代,尤其是氟(F)原子取代氢原子,引起了人们的关注,并在分子设计中得到广泛应用。【成果概述】近日,苏州大学张(通讯作者)教授在《纳米能源》杂志上发表了一篇论文。标题:“氯代2D-聚集体聚合物用于高性能聚合物太阳能电池,电池加工效率为13.1%”。研究人员设计并制备了一种新的D-A二维共轭聚合物PM7,其中含有氯化噻吩基苯并噻吩(BDT-2Cl)给体单元和苯并噻吩-4,8-二酮受体单元。

与无氯取代的对照聚合物PBDB-T相比,PM7具有较低的HOMO能级、较高的吸收系数、较强的结晶度和较高的载流子迁移率。此外,在无卤溶剂甲苯中,以PM7为供体,以IT-4F为受体的光伏器件作为溶剂时,可获得0.88 V的高开路电压和20.9Macm-2的短路电流密度,而填充因子(FF)为71.1%,从而获得13.1%的能量转换效率(PCE)。在相同的条件下,PBDB-t: it-4f系统在0.67V的低Voc条件下,其PSC仅比PCE低5.8%.PCE的13.1%是迄今为止报道的由非卤素溶剂制造的光伏器件的最高能量转换效率之一。这些结果表明氯取代是设计高性能共轭聚合物光伏材料的一种非常简单有效的策略。

[简介]图1。制备示意图(一)PM7制备路线;(b)通过密度泛函理论计算在b3lyp/631g *(d,p)能级产生的HOMO和LUMO电子及其能级;(c)浓度为110-5m的甲苯溶液中单体的吸收光谱;图2。分子能级结构(a)和分子结构(b)的聚合物供体和非富勒烯受体it-4f的吸收光谱;(c)聚合物供体和非富勒烯受体it-4f的分子能级图;图3。

光伏性能测试(一)5G光源(100 MWcm-2)太阳光下的J-V曲线;(b)通过混合pm7: it-4f制备的PSCs的EQE曲线;(c)PCE与通过混合pm7: it-4f制备的PSCs活性层厚度之间关系的趋势图;(d)JphvsVeff;(e)通过混合pm7: it-4f制备的PSc中Voc随透射率的变化;(f)通过共混pm7: it-4f制备的PSc中Jph随透射率的变化;图4。二维GIWAXS与(a)聚合物和二维GIWAXS轮廓密切相关,包括共混膜和适当的(b)IP和(c)OOP螺纹固定器;(d)共混膜的RSoXS衍射由下式产生。【摘要】研究人员设计并制备了基于新型无氯BDT-2Cl给体单元的聚合物PM7,并将其作为非富勒烯有机太阳能电池的给体。

不同于传统主链带有氯取代基的氯化聚合物,PM7氯化在聚合物共轭侧链上,不利于减弱聚合物主链上Cl原子的空间效应。与PBDB-t相比,PM7具有较低的HOMO能级、较高的吸收系数、较强的结晶度和较高的载流子迁移率。

此外,基于pm7: it-4f且不含甲苯作为溶剂的光伏器件获得高达13.1%的PCE,Voc为0.88 v,Jsc为20.9macm-2,FF为71.1%,而基于PBDB-t: it-4f的PSC仅获得5.3%的PCE。13.1%的PCE是迄今为止报道的用非卤素溶剂制造的光伏器件的最高值之一。

结果表明,氯化是设计高性能聚合物光伏材料的一种非常简单、廉价和有效的策略。


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