溴氟化端基协同微调堆积模式，助力实现聚合物太阳能电池19.32%效率- 大数跨境

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溴氟化端基协同微调堆积模式，助力实现聚合物太阳能电池19.32%效率

科学材料站

2023-12-25

导读：溴氟化端基协同微调堆积模式，助力实现聚合物太阳能电池19.32%效率

文章信息

溴氟化端基协同调控堆积模式实现聚合物太阳能电池19.32%器件效率

第一作者：邓敏

通讯作者：徐小鹏*，于立扬*，彭强*

单位：成都理工大学，四川大学

研究背景

聚合物太阳能电池在近年来得到快速发展，目前单结器件的光电转换效率已超过19%。研究发现，Y系列受体材料的分子堆积主要由端基的π-π堆积主导。因此，端基修饰是开发高性能受体材料最有效的方式之一，也是调控分子聚集和分子堆积最直接的高效途径。更为重要的是，不对称的端基工程不仅可以调节吸收和能级，同时也能调节受体材料的分子堆积方式和结晶性能。因此，通过在端基中引入卤素原子构建不对称的受体材料对深入研究受体分子堆积及其光伏性能提升具有重要的指导意义。

文章简介

近日，成都理工大学和四川大学彭强教授、邓敏研究员在国际知名期刊Advanced Materials上发表题为“19.32% Efficiency Polymer Solar Cells Enabled by Fine-Tuning Stacking Modes of Y-Type Molecule Acceptors: Synergistic Bromine and Fluorine Substitution of the End Groups”的研究工作。该工作通过在端基基团上溴、氟原子的协同取代构建不对称受体材料，深入研究溴、氟原子的协同取代效应对受体分子堆积和结晶性能的影响。不对称的受体材料BTP-3FBr具有较为合适的结晶性和薄膜形貌，基于D18:BTP-3FBr的二元器件获得18.34%的光电转换效率。为填补二元器件在600 nm处的吸收缺陷，引入受体材料IDIC为第三组分，进一步将光电转换效率提升至19.32%。

文章简介

Figure 1. a) Chemical structures of the NF-SMAs with various end groups. b) Chemical structures of polymer donor D18 and NF-SMA IDIC. c) UV-vis-NIR absorption spectra of BTP-4F, BTP-3FBr and BTP-2F2Br in dilute chloroform solution. d) Normalized UV-vis-NIR absorption spectra of neat thin films of D18 and NF-SMAs in this work. e) The energy level diagram of D18 and NF-SMAs in this work.

Figure 2. a, b) Schematic illustrating the unit cells of the NF-SMAs in top view (a) and side view (b) with corresponding π–π stacking distance of adjacent molecules denoted based on SC-XRD results, the alkyl chains and hydrogen atoms were hidden for clarity, and the CCDC number is 2005533, 2269583 and 2269582 for BTP-4F, BTP-3FBr and BTP-2F2Br, respectively. c). The three π – π stacking modes of BTP-3FBr. d) GIWAXS image of as cast neat thin films containing the NF-SMAs. e) In-plane and out-of-plane line cuts from (d).

Figure 3. a, b) J-V characteristics (a) and EQE curves (b) of binary blend PSCs devices. c, d) J-V curves (c) and EQE curves (d) of ternary blend PSCs devices containing different amount of IDIC.

Figure 4. a) J_ph versus V_eff of the PSCs. b) Photo-CELIV curves of the PSCs. c) J_sc versus P_light plots and d) V_oc versus P_light plots of the PSCs. e) Normalized TPV and f) TPC decays of the PSCs.

文章链接

19.32% Efficiency Polymer Solar Cells Enabled by Fine-Tuning Stacking Modes of Y-Type Molecule Acceptors: Synergistic Bromine and Fluorine Substitution of the End Groups

https://doi.org/10.1002/adma.202308216

通讯作者简介

彭强教 授简介：四川大学博士生导师，高分子材料工程国家重点实验室固定研究人员。长期从事光电能源材料与器件的研究工作，主要涉及有机高分子太阳能电池、电致发光材料与器件，碳基纳米能源材料与器件等。先后获得英国皇家化学会会士（2020），国家杰出青年基金（2018），教育部新世纪优秀人才支持计划（2009），四川省学术和技术带头人（2014），四川省杰出青年基金（2013）。2022-2023年度科睿唯安全球高被引科学家，英国皇家化学学会2018-2023年度Top 1%中国高被引学者。

担任Small Structure顾问编委（Editorial Advisory Board），Current Applied Materials编委（Section Editor），Chin. Chem. Lett.和Molecules编委，中国能源学会专家委员会综合专家组副主任，中国化工学会化工材料专业委员会专家委员，中国感光学会光电材料与器件分会专家委员。先后主持或参与国家重点研发计划、国家自然科学基金（集成项目、重点、面上、青年基金）、科技部国际合作项目、教育部新世纪优秀人才支持计划项目等30多项国家和省部级科研课题。近年来在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Energy Environ.等国内外期刊上发表学术论文220余篇。撰写学术专著章节3章，授权中国发明专利16项。2009年获江西省高等学校科技成果二等奖(排名第1)，2010年获江西省自然科学奖二等奖（排名第1），2021年获四川省自然科学奖一等奖（排名第1）。

第一作者简介

邓敏研究员简介：研究员，2022年毕业于四川大学化学工程学院有机化学专业，同年入选成都理工大学“珠峰引才计划”B类人才项目，目前就职于成都理工大学材料与化学化工学院，主要从事有机光电材料与器件的研究工作。近年来，已在Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct. Mater., Chem. Eng. J., ACS Appl. Mater. Interfaces等国际期刊发表多篇SCI论文，其中第一作者十余篇。