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哈尔滨工业大学张勇课题组利用主/侧链工程策略构筑苯并呋喃宽带隙聚合物材料
2019-07-24  来源:中国聚合物网

  作为最具代表性的窄带隙稠环非富勒烯电子受体(ITIC及其衍生物类)由于具有高电子迁移率、强吸收和多样化的能级排列等优点,在非富勒烯聚合物太阳能电池领域展现出极大的应用前景。在此基础上,发展与其光谱能级匹配的高性能宽带隙聚合物给体材料对于进一步提升太阳能电池的器件效率具有重大的研究意义。

图1. 基于BDF单元的宽带隙聚合物PBDFT-FBz和PBDFF-FBz的化学结构式。

  近期,哈尔滨工业大学材料学院张勇教授课题组与国家纳米科学中心吕琨研究员课题组合作,结合主/侧链工程策略,成功制备了两个基于苯并二呋喃和氟代苯并三唑的宽带隙聚合物给体材料(PBDFT-FBz和PBDFF-FBz)。与其苯并二噻吩对应聚合物相比,呋喃单元的引入使得这类呋喃聚合物具有更低的HOMO能级和较为规整的分子排列,聚合物链间的相互作用也显著增强。

图2. (a)非富勒烯电池的器件结构图;(b)二种聚合物给体器件的J-V曲线图;(c)二种聚合物给体器件的EQE曲线图;(d)器件电流密度对光强依赖性的研究。

  当与非富勒烯电子受体(m-ITIC)共混后,基于PBDFT-FBz器件最终获得了7.57%的能量转换效率。同时,烷基呋喃侧链取代的PBDFT-FBz器件由于其更低的HOMO能级和更好的链间的相互作用、最终获得了0.829V的高开路电压,14.43 mA cm-2的短路电流和69.42%的高填充因子,能量转换效率也提升至8.79%,相较于其苯并二噻吩聚合物(J52)/m-ITIC器件效率提高了约47%。

  相关工作发表在Macromolecular Rapid Communications上,文章第一作者是哈尔滨工业大学材料学院本科生朱若溪,国家纳米科学中心/清华大学博士研究生王镇为共同第一作者,哈尔滨工业大学张勇教授高世勇博士以及国家纳米科学中心吕琨研究员为共同通讯作者。

  论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/marc.201900227

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