【引言】

經過許多年的單元的對的性發展，硅基太陽能電池已經很難取得突破性進展，聯系料牛相比之下聚合物太陽能電池成本低、否能材質量輕和機械性能好等特點，提高異質結的單元的對的性聚合物太陽能電池能量轉化效率已經突破11%，發展前景廣闊。聯系料牛設計并合成新穎的否能材結構對進一步發展聚合物太陽能電池來說至關重要。來自南方科技大學的提高郭旭崗教授課題組最近在Adv. Mater.上發表他們在聚合物太陽能電池結構設計上的進展。

【成果簡介】

新穎的單元的對的性結構要具有合適的幾何形態、良好的聯系料牛光電性質和增溶的特點。在有機薄膜場效應晶體管(OTFT)領域,nTs具有較好的否能材流動性被廣泛用于聚合物太陽能電池的給體部分，也正是提高由于nTs的貢獻，聚合物太陽能電池的單元的對的性填充因子獲得了>75%的水平。

充分利用烷基化模式和噻吩的聯系料牛數量可以得到性能上的提升，在不同的否能材nTs中，三噻吩(3T)和四噻吩(4T)具有廣闊前景。郭教授課題組設計了一種新的給體單元，具有一對一聯系的3-烷氧基-3＇-烷基-2，2＇-聯噻吩(TRTOR)結構，TRTOR具有兩個可溶性長鏈，具有高度共面性以使得S-O分子的接觸，最終使增溶能力得到提升。在提升光譜吸收、降低能帶隙和優化結晶度等性能上均有所改善。

【圖文導讀】

圖1.合成TRTOR高分子共聚物的流程圖

1，Pd2(dba)3, P(o-tolyl)3在03當量Pd催化，在微波放射下合成。

2，微波放射2-噻吩，2-溴噻吩繼續微波放射，紅線標示分子內S-O無共價鍵接觸

圖2.光譜吸收和循環伏安曲線測試圖

a)1 × 10^?5m 的o-DCB溶液和1 mg mL^?1的o-DCB溶液旋涂成薄膜后的光譜吸收曲線

b)聚合物薄膜在氰化甲烷溶液中，50 mV s^?1條件下測試而得的循環伏安曲線

圖3.太陽能電池綜合性能測試圖

a)反向聚合物太陽能電池結構。插圖是界面層材料PFN和PEIE的分子結構式

b)開路條件下組成電池的能級圖

c)大氣質量1.5AM，光通量100mW cm^-2條件下，充分利用P1-P3的太陽能電池的J-V曲線

d)對應聚合物太陽能電池量子效率測試圖

圖4.P1-P3結構和異質結能帶的掠角衍射圖

a-i)TRTOR聚合物的平面衍射圖

j-i)晶體的側面剖視圖

圖5.有無添加劑OTD的對比圖

a,c)分別為在制作聚合物太陽能電池時沒有添加劑OTD的情況

b,d)為在同等條件下加入添加劑OTD的情況

結果表明在制備聚合物太陽能電池時，添加OTD可以提升能量轉換效率

【小結】

以往主要因2T、3T和4T限制的聚合物半導體給體單元，在郭教授課題組的研究中得到改進，他們設計了一對一聯系的給體單元，PCE達到9.76%帶隙降低到1.50eV以下，這種新型結構為今后PSCs的給體結構提供了更多選擇，研究還表明分子內S-O非共價鍵接觸將會為聚合物的性能提升到更高水平。

【通訊作者簡介】

郭旭崗：近五年來，發表高水平論文近30篇， 一作和通訊作者論文20余篇， 其中Chem. Rev. (影響因子: 46.568) 一作兼通訊1篇， Nature Photonics (影響因子: 32.386) 一作1篇，JACS (影響因子: 12.113) 一作和通訊6篇，Adv. Mater. (影響因子: 17.493) 一作1篇。多篇論文在封面發表，并被國內外媒體廣泛報道，論文引用1900余次，單篇引用100次以上論文9篇，申請國際發明專利3項，授權1項，成果轉化1項。受包括Chem. Rev.在內的多家雜志和出版社約稿撰寫綜述和專著, 在國內外著名會議和研究機構作邀請報告20余次, 在研項目經費近2000萬。

原文鏈接:Head-to-Head Linkage Containing Bithiophene-Based?Polymeric Semiconductors for Highly Efficient Polymer?Solar Cells（Adv. Mater. 2016, DOI: 10.1002/adma.201603112）

本文由材料人新能源學術小組YueZhou供稿，材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入編輯部。