李永舫院士Angew. Chem. Int. Ed.：为高性能全聚合物太阳能电池构建强吸收窄带隙聚合物受体

【背景介绍】

可溶液加工的共轭聚合物由于其在新一代低成本，柔性和印刷电子产品中的潜在应用而引起了广泛的关注。全聚合物太阳能电池（all-PSCs）为柔性器件的应用提供了独特的形态稳定性，但缺乏高性能聚合物受体使其功率转换效率（PCE）低于基于富勒烯衍生物或有机小分子受体的PSCs的效率。设计合成强吸收窄带隙聚合物受体是提高全聚合物太阳能电池光电转换效率的关键。

【成果简介】

近日，中国科学院化学研究所李永舫院士和张志国副研究员（共同通讯）等人展示了将具有受体-给体-受体（A-D-A）结构的强吸收窄带隙小分子受体结构单元、通过与噻吩单元共聚合成高性能聚合物受体PZ1的策略。PZ1具有1.55eV的窄带隙和高吸收系数（1.3×10⁵cm^-1）的宽吸收。使用宽带隙聚合物PBDB-T作为给体和PZ1为受体的全聚合物PSCs具有9.19％的高PCE，这是全聚合物PSCs效率目前的最高值。另外作者将光诱导力显微镜-纳米红外光谱技术（PIFM）首次用于全聚合物太阳能电池的形貌观测中，这种技术能够根据给受体的官能团的不同，从纳米尺度阐释活性层形貌与器件性能的关联，为PSCs形貌优化提供了指导。相关成果以题为“Constructing a Strongly Absorbing Low-Bandgap Polymer Acceptor for High-Performance All-Polymer Solar Cells”发表在了Angewandte Chemie International Edition上。

【图文导读】

图1 用于全聚合物PSCs的有代表性聚合物受体以及聚合物受体PZ1和聚合物给体PBDB-T的分子结构

图2 吸收光谱和循环伏安图

（a）PZ1（红线）和IDIC-C16（蓝线）的溶液和膜吸收光谱

（b）PZ1（红线）和IDIC-C16（蓝线）的循环伏安图

图3 全聚合物太阳能电池的J-V曲线及IPCE谱

（a）在AM 1.5G，100mW / cm ²的光照下，基于PBDB-T：受体（1.5:1，w / w）的全聚合物PSCs的J-V曲线

（b）相应PSCs的IPCE随波长的变化曲线。

图4 光诱导力显微镜-纳米红外光谱（PIFM）图像和掠入射小角X射线散射（GIWAXS）图像

（a，b）在1649cm ^-1处检测PBDB-T和1700cm ^-1处检测PZ1的（a）未经优化处理和（b）优化处理的PBDB-T：PZ1混合膜的PIFM图像

（c，d）（c）未经优化处理和（d）优化处理的PBDB-T：PZ1混合膜的GIWAXS图像

【小结】

该团队设计并合成了以A-D-A结构强吸收窄带隙小分子受体为构筑单元的新型π-共轭聚合物受体PZ1，该聚合物以n-型有机半导体 IDIC-C16作为关键结构单元和噻吩作为π桥。新的聚合策略保留了小分子受体的强吸收（吸收系数达到1.3×10⁵ cm ^-1）、并有效延伸了其π共轭使吸收光谱红移以获得更好的光吸收。这种聚合策略的成功为全聚合物PSCs开发高效的聚合物受体提供了新的途径。

文献链接：Constructing a Strongly Absorbing Low-Bandgap Polymer Acceptor for High-Performance All-Polymer Solar Cells（Angew. Chem. Int. Ed. ,2017,DOI:DOI: 10.1002/anie.201707678）

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