有機(jī)/聚合物太陽電池是目前能實(shí)現(xiàn)高效率、低成本、環(huán)境友好地利用可再生能源的重要技術(shù)手段，近年來在國際上一直備受關(guān)注。與無機(jī)半導(dǎo)體材料相比，有機(jī)/聚合物材料來源廣泛、種類豐富，可利用化學(xué)手段對材料的光學(xué)吸收、電子能級、結(jié)晶性、電荷遷移率等性能進(jìn)行精細(xì)調(diào)控。其優(yōu)異的溶液加工性可以實(shí)現(xiàn)低成本、大規(guī)模地制備柔性大面積器件，在成本和性能方面與無機(jī)半導(dǎo)體太陽電池形成優(yōu)勢互補(bǔ)，具有巨大的商業(yè)開發(fā)價(jià)值和應(yīng)用前景。
全聚合物太陽電池（all-PSCs）作為有機(jī)/聚合物太陽電池領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，其光敏層在成膜性、機(jī)械柔性以及長期穩(wěn)定性方面獨(dú)具優(yōu)勢。然而由于長期面臨微相分離結(jié)構(gòu)以及電荷遷移率不理想的挑戰(zhàn)，目前全聚合物太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率仍然滯后于基于小分子電子受體的有機(jī)/聚合物太陽電池。因此，通過選擇新型光敏層組分來改善聚合物給/受體之間的相容性、優(yōu)化分子排列取向、改善微相分離結(jié)構(gòu)、以及提升本體電荷遷移率是推動全聚合物太陽電池繼續(xù)向前發(fā)展的重要策略。
近期，華南理工大學(xué)黃飛與應(yīng)磊研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種新型含有硅氧烷功能側(cè)鏈的酰亞胺并苯并三唑類寬帶隙聚合物PTzBI-Si。該聚合物作為電子給體應(yīng)用于全聚合物太陽電池，與傳統(tǒng)聚合物受體N2200匹配作為活性層，采用綠色溶劑2-甲基四氫呋喃進(jìn)行溶液加工，獲得10.1%的功率轉(zhuǎn)換效率（短路電流為15.76 mA cm-2，開路電壓為0.87 V，填充因子為73.76%），是目前文獻(xiàn)公開報(bào)道的全聚合物太陽電池的最佳性能。
該優(yōu)異性能主要得益于聚合物給體PTzBI-Si中硅氧烷功能側(cè)鏈的引入，其一方面可以提升聚合物在綠色溶劑2-甲基四氫呋喃中的溶解性；另一方面還能調(diào)節(jié)聚合物分子的排列方式，得到更多與基底平行的face-on優(yōu)勢分子取向。而傳統(tǒng)聚合物受體N2200采用2-甲基四氫呋喃加工時(shí)也采取face-on優(yōu)勢取向，同時(shí)掠射廣角X-射線散射證實(shí)在PTzBI-Si于N2200的共混膜中，兩種聚合物分子均保持其在單純膜中的優(yōu)勢取向。該結(jié)果不僅可以顯著提升器件中的縱向電荷傳輸，而且給/受體相同的優(yōu)勢排列取向也更有利于電荷在給/受體界面處的分離，因而獲得良好的器件短路電流和填充因子。
該研究成果不僅解決了傳統(tǒng)全聚合物電池光敏層相分離形貌不佳、本體電荷遷移率較低的困境，也為設(shè)計(jì)新型、高效的光敏層組分以及實(shí)現(xiàn)全聚合物電池的清潔生產(chǎn)提供了新思路。相關(guān)論文在線發(fā)表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201703906)上。
化學(xué)慧納米材料系列產(chǎn)品
