四川大学彭强教授课题组 Angew：非常规氨基甲酸酯侧链用于聚合物太阳能电池给体材料

2022-10-23 来源：高分子科技

在绿色能源领域，聚合物太阳能电池有着巨大的发展潜力。其感光活性层材料的发展对于进一步提升聚合物太阳能电池的器件性能具有重要意义。侧链工程是聚合物给体材料重要的设计策略之一。一方面，侧链可以改善材料的溶解性；另一方面，侧链上引入杂原子可以调节材料的分子轨道能级，并通过非共价键作用构建分子内构象锁，增强分子间相互作用，进一步提高器件性能。近日，四川大学彭强教授团队通过非常规侧链工程实现了高达18.76%的聚合物太阳能电池能量转换效率，该工作以“Wide Bandgap Polymer Donors Functionalized with Unconventional Carbamate Side Chains for Polymer Solar Cells”为题发表在《Angew. Chem. Int. Ed.》上（DOI：10.1002/anie.202213252）。文章第一作者为四川大学化学工程学院硕士研究生唐洁，通讯作者为四川大学化学工程学院于立扬副研究员和彭强教授。该研究得到国家自然科学基金委的支持。

他们将氨基甲酸酯侧链引入基于苯并二噻吩（BDT）的聚合物给体材料中，构建了新型聚合物给体PTzTz-N，其分子设计如上图所示。通过在噻吩π桥上引入氨基甲酸酯侧链，利用氨基甲酸酯侧链中的等性sp²杂化N原子上的H原子和并噻唑中不等性sp²杂化N原子之间的N···H次级键作用在噻吩π桥与并噻唑（TzTz）受体基团之间形成一个六元环平面，增强了聚合物骨架的平面性，增大了聚合物受体的共轭面积，在与BTP-eC9匹配构件的聚合物太阳能电池中，器件展现出较高的短路电流和填充因子，实现了15.24%的能量转换效率。

在后续研究中，该团队进一步将PTzTz-N引入高性能D18:CTP-eC9混合物，构建了三混器件。与D18:BTP-eC9两混器件相比，三混器件具有更高效的激子解离效率、更平衡的电荷传输能力、更低的电荷复合概率和更高的填充因子。因此，能量转换效率从D18:BTP-eC9两混器件的17.94%显著提升至D18:PTzTz-N:CTP-eC9三混器件的18.76%。

器件效率的提升主要得益于带有非常规氨基甲酸酯侧链聚合物PTzTz-N的引入对薄膜的纳米结构实现的微调。PTzTz-N与D18表面能相近，可以实现较好的混合，给体混合物中的混合熵可以抑制薄膜内各种材料的结晶过程。相比于D18:BTP-eC9，PTzTz-N的加入抑制了在三混薄膜中D18纤维的过度生长和BTP-eC9大尺度晶体的形成，从而获得了更优异的纳米相分离尺度，提高了器件光电流生成能力。

这一工作展现了通过非常规侧链引入分子构象锁从而构建高效给体聚合物材料的有效途径。同时也展示了给体聚合物合金在提高聚合物太阳能电池能量转换效率上的巨大潜力。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202213252

版权与免责声明：中国聚合物网原创文章。刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn，并请注明出处。

（责任编辑：xu）

【大中小】【打印】【关闭】

诚邀关注高分子科技

更多>>最新资讯

更多>>科教新闻