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四川大学彭强教授团队 Adv Sci：全聚物太阳能电池效率突破17.41%

高分子科技

2022-06-29

导读：17.41%也是目前全聚合物有机太阳能电池器件效率的新高值，PYDT-3F在PM6表层形成合适的纤维形貌...

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全聚合物太阳能电池（All-PSCs）的光活性层由p-型聚合物作为电子给体和n-型聚合物作为电子受体组成，具有良好的形貌稳定性和机械柔性，吸引了越来越多科研工作者的研究兴趣。特别是近年来聚合化小分子受体（PSMA）策略的提出，使得All-PSCs的光电转换效率显著提升，已经超过16%。但是与聚合物给体/小分子受体为活性层的太阳能电池相比，器件性能仍相对落后。缺乏高性能聚合物受体材料以及难调控全聚合物活性层形貌是限制其器件性能提升的主要原因。

近日，四川大学彭强教授团队通过对小分子受体末端以及联噻吩π-桥逐步氟化，调节其光电性质，构建了一系列的高性能PSMA材料PYDT-2F、PYDT-3F和PYDT-4F，并用于制备高性能的全聚合物太阳能电池。氟原子的引入略微降低了聚合物的带隙和前线轨道能级。更重要的是氟原子促进了分子内的电荷转移、增加了分子的结晶性，提升了聚合物受体的电子迁移率。以PM6为给体，上述聚合物为受体，采用逐层沉积（layer-by-layer）的器件制备工艺，有效避免了共混活性层形貌调控难题，因此获得了非常好的器件效率。通过使用掺杂剂进一步提升聚合物受体材料的电子迁移率，使得PYDT-2F、PYDT-3F和PYDT-4F器件的PCE分别从15.00%、16.38%和15.72%显著提升至16.25%、17.41%和16.77%。17.41%也是目前全聚合物有机太阳能电池器件效率的新高值。研究发现，PYDT-3F在PM6表层形成合适的纤维形貌，促进了激子的解离和电荷的有效传输，这是效率提升的主要原因。该工作以“Binary Blend All-Polymer Solar Cells with a Record Efficiency of 17.41% Enabled by Programmed Fluorination Both on Donor and Acceptor Blocks”为题，发表在Advanced Science（DOI: 10.1002/advs.202202022）上，文章第一作者为四川大学硕士研究生周德红，通讯作者为四川大学彭强教授，共同通讯作者为四川大学徐小鹏研究员以及武汉理工大学夏建龙教授。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202202022

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