Adv.Eng.Mater.：同时对高性能的富勒烯和非富勒烯的太阳能电池有作用性的D1-A-D2-A随机共聚物

【引言】

富勒烯是由英国Sussex大学的H·W·Kroto与美国Rice大学的R·E·Smally等于1985年8月为了模拟星际尘埃的研究，以激光照射石墨使其蒸发，蒸发物碳烟中发现各种含有各种碳原子簇分子，将蒸发物以高压氦气流送入质谱仪进行检测，由质谱图发现其中大部分为C₆₀和百分之几的C₇₀分子，后来又相继测出C₅₀、C₇₆、C₇₈、C₈₀、C82、C₈₄、C₉₀、C₁₂₀、C₁₈₀、C₂₄₀...等一系列封闭拢形结构的分子。因发现C₆₀分子结构具有多面封闭的外形很像足球，也成为足球烯。；该分子比较稳定，拥有60个顶点、32个面，其中有12个正五边形面和20个正六边形面，被称作富勒烯。非富勒烯受体具有吸收与能级可调、合成简便、加工成本低、溶解性能优异等特点,近年来发展迅速,并越来越受人们认可。富勒烯及其衍生物制备的电子受体材料为有机太阳能电池领域的发展做出了巨大贡献，但这类材料也存在自身缺陷，如C₆₀、C₇₀的合成及制备富勒烯衍生物的原材料成本较高，且制备和提纯困难；在可见光区吸收较弱，且很难拓宽。因此，研究者合成了许多非富勒烯聚合物和小分子受体材料并将其广泛应用在有机太阳能电池中。

【成果简介】

PBDB-TTn的随机供应共聚物是合成的，由一种缺乏电子的苯二酚，1,2-c:4,5-c'二硫酚-4，8-二酮(BDD)2个电子的单位和不同的比，2-b:4,5-b'二噻吩(BDT)和thieno 3,2-b噻吩(TT)单位组成，意在调节内链和/或连锁反应，最终是球-异质结进化形态。用4 ×2聚合物太阳能电池(PSC)性能图和6-6-c71-丁酸酸甲酯(PC71BM)和基于芳香环的分子(m-itic)接受器与之进行比较研究。考虑到它们吸收的相似之处范围和能级，pbdb-ttn共聚物很明显地揭示了一个变化，即在将BDT优化为TT比时吸收系数的主要作用。在给定的受体组合集合中，优越的性能在pbdb-tt5与PC71BM混合的情况下观察到(8.34 0.10%)m-itic(11.10 0.08%)以及主要因素造成能量转换效率差异的原因是截然不同的。本研究提供了一种富勒烯和非富勒烯的PSCs结构-形态-性能关系的新草图。该成果由蔚山国家科学技术研究所的Changduk Yang等以“Feasible D1–A–D2–A Random Copolymers for Simultaneous High-Performance Fullerene and Nonfullerene Solar Cells”为题于2017年11月14日发表在Advanced Engeenering Materials上。

【图文导读】

图1.四种PBDB-TTn 聚合物通过Stille聚合作用的合成路线。

供体单体(BDT到TT=100:0，95:5，90:10，和80:20)以不同用量比率在钯催化的Stille聚合过程中使用，来分别产生PBDB-TT0,[9] PBDB-TT5, PBDB-TT10, and PBDB-TT20。

图2.发现薄层吸收效率能力存在大小关系。

吸收效率：PBDB-TT0 <PBDB-TT20 < PBDB-TT10 < PBDB-TT5

图3.PBDB-TTn共聚物以及相应的光学和电化学性能。

a)4个pbdb-ttn共聚物的化学结构，PC71BM,m-ITIC。

b)4个pbdb-ttn共聚物、PC71BM和m-itic的能级图。

c) 在氯苯溶液中pbdb-ttn共聚物的紫外-vis光谱。

d) 4个整齐的聚合物薄膜的uv-vis吸收光谱。

【展望】

研究人员合成并描述了一系列的作为电子缺陷的BDD的pbdb-ttn共聚物，且其是以电子为单位的电子和电子的结合。不同BDT:共聚物的TT成分由于不同的原因影响了它们的光学吸收系数内部和/或连锁反应的程度电影，而不是只影响像吸收范围这样的其他属性，和前沿能级。研究发现基于m-itic的器件显示出比相应基于pc71bm1的器件的更好的PCEs。增强的光产生的电流密度与PC71BM相比，是由于m-itic更强的吸收率造成的。这项研究不仅促进了对富勒烯与非富勒烯的操作机理的理解，在PSCs上它也证明了随机共聚简单的可能性，并已经最大限度地提高这两种类型的性能。

文献链接：Feasible D1–A–D2–A Random Copolymers for Simultaneous High-Performance Fullerene and Nonfullerene Solar Cells（Advanced Engineering Materials,DOI:10.1002/aenm.201702166）

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