Macromolecus：基于含有TzBI单元共轭聚合物的高效全聚合物太阳能电池

【引言】

近年来，聚合物太阳能电池（PSC）研究取得了重大进展。目前已经开发了由富勒烯或非富勒烯小分子电子受体组成的各种高效单结和多结PSCs。虽然由聚合物供体和聚合物受体组成的全聚合物太阳能电池表现出各种优点，例如宽吸收带，高度稳定的膜形态和选择广泛的供体和受体成分，但是， 由于较低的功率转换效率（PCEs），全PSCs的发展落后于非富勒烯PSCs的发展。

【成果简介】

近日，华南理工大学黄飞教授、应磊副教授（共同通讯）等人开发了基于烷氧基化电子缺陷型单体4,8-二（噻吩-2-基）- [1,2,3]三唑并[4,5-f]异吲哚-57（2H，6H）-二酮（TzBI-O）的新型宽带隙共轭聚合物 。考虑到烷基取代的酰亚胺官能化苯并三唑（TzBI）单元，将氧原子引入到TzBI-O中增加了电负性。得到的聚合物PTzBI-O表现出708nm的宽带吸收，对应于1.75eV的带隙。PTzBI-O：N2200混合物在甲苯溶液中表现出强烈的聚集，与用氯化溶剂处理的等效膜相比，增强了薄膜的吸收性。相关成果以题为“Efficient All-Polymer Solar Cells Based on Conjugated Polymer Containing an Alkoxylated Imide-Functionalized Benzotriazole Unit”发表在了Macromolecus上。

【图文导读】

图1 PTzBI，PTzBI-O和N2200的具体结构

窄带隙n型共聚物聚{[N，N'-双（2-辛基十二烷基）萘-1,4,5,8-双（二羧酰亚胺）-2,6-二基] - 五氢-5' - （2,2'-联噻吩）}已广泛用于制造全PSCs器件，因为其具有高电子迁移率和合适的能级。

图2 优化的分子结构

在基态下优化了TzBI和TzBI-O的分子结构，ESP表面映射从-0.025到+0.025哈特里。

图3 UV-vis吸收光谱

（a-d）（a）不同溶剂中的PTzBI-O，（b）原始PTzBI-O和N2200薄膜，（c）PTzBI-O：N2200（1：0.5，wt：wt）在不同溶剂中，（d ）PTzBI-O：N2200薄膜的UV-vis吸收光谱

图4 J-V特性曲线

（a）具有PTzBI-O：N2200活性层的全PSC的J-V特性

（b）EQE曲线和全PSC的综合J_SC值

图5 AFM形貌图像

（a-c）PTZBI-O：N2200（1：0.5，wt：wt）混合膜的AFM形貌图像（5μm×5μm）

图6 GIWAXS图谱及相应的线切割轮廓

（a-f）GIWAXS图谱

（g）原始PTZ BIO和PTzBI-O：N2200的对应线切割轮廓

【小结】

该团队开发了由烷氧基化酰亚胺官能化的苯并三唑单元组成的新型共轭聚合物PTzBI-O。氧的引入增加了TzBI部分的电负性，导致PTzBI-O的吸收光谱相对于PTzBI的吸收光谱的红移。从本研究中获得的结果表明，PTzBI-O可以用非氯化溶剂有效加工，并且具有高性能全PSC的实际应用潜力巨大。

文献链接：Efficient All-Polymer Solar Cells Based on Conjugated Polymer Containing an Alkoxylated Imide-Functionalized Benzotriazole Unit（Macromolecus,2017,DOI:10.1021/acs.macromol.7b01432）

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