这项研究,很可以!

西安科技大学管理学院
2021-09-06 20:27 浏览量: 1395

近日,西安科技大学材料科学与工程学院秦红梅和李宇翔副教授课题组围绕有机全聚合物太阳能电池材料的系列创新研究受到关注,该项研究得到了国家自然科学基金、陕西省自然科学基金、西安科技大学优秀青年科技基金、西安科技大学高层次人才引进项目的资助。日前,该研究成果被材料领域的顶级期刊《Chemical Engineering Journal》,(IF=13.273)以“Fine-tuned Crystallinity of Polymerized Non-fullerene Acceptor via Molecular Engineering Towards Efficient All-Polymer Solar Cell”为题专题报道。

有机聚合物太阳能受体材料的结构及相应混合薄膜结晶度特性

挑战难题

研究新型聚合物受体材料

尽管近年来全聚合物太阳能电池(All-Polymer)凭借“聚合非富勒烯受体”策略取得了显著进步,但是通过分子设计以优化纳米结构共混物形态来调节聚合物结晶度对于提高短路电流密度(JSC)仍然具有挑战性。针对这些问题已经开发并成功实施了一些策略,如分子量控制、无规聚合和侧链工程,以实现合适的结晶度和混溶性。先前报道中,该课题组开发了一系列基于IDIC的聚合物受体,在这些受体中,不同种类的卤素被引入到聚合物受体中,导致聚合物受体的电子迁移率和薄膜形态有显著的改善,虽然聚合物受体自组装行为的控制会影响其共混形态和光伏性能,但很少有研究通过开发一种简单的方法来调节这些聚合物受体的结晶度和相分离程度。

基于以上问题,在该项研究中,通过将Y5-衍生物与二噻吩或氯化二噻吩共聚,设计并合成了两种新型的聚合物受体材料PY-2T和PY-2T2Cl,并将其与该课题组之前的研究工作PIDIC-2T进行系统的对比,研究发现相比于IDIC系列聚合物,扩展的中心核PY-2T和PY-2T2Cl由于拥有更强的分子间电荷传输能力而导致相对较宽的红移吸收和上移的能级,同时提高了all-PSCs的JSC和开路电压(VOC)。通过二维掠入射X-射线散射技术表征发现,中心核的调节显著增强了π-π堆积的晶体相干长度,此外氯化π桥的引入进一步优化了聚合物的结晶特性以及形貌问题。与给体PBDB-T混合后PY系列共混膜呈现共存的微晶形貌,且堆积更佳有序,其中PY-2T2Cl具有更精细的微观结构和良好的相分离形貌,有利于激子解离和电荷传输。

相关材料的形貌表征

开发高性能聚合物受体

带来研究新思路

最终PY-2T2Cl与其相匹配的聚合物给体材料PBDB-T制备了all-PSCs,其良好的膜结晶度及合适的相分离共混物形态使基于PBDB-T: PY-2T2Cl的all-PSCs取得了16.3 mA/cm2 的JSC,其光电转换效率达到9.35%。这一研究成果通过改变中心核和π间隔层调控薄膜结晶度,为进一步开发高性能聚合物受体提供了新思路,并强调了在所有聚合物太阳能电池中,窄带隙吸收和最佳活性层形貌对于提高短路电流密度具有同等重要性。基于有机高分子材料作为光敏活性层的有机太阳能电池,具有材料结构多样性、可大面积低成本印刷制备、柔性、半透明甚至全透明等优点,将成为新材料学科可预见的发展方向。

本项工作由我校秦红梅和李宇翔副教授带领的有机光电材料研究团队完成,其中实验部分主要由我校材料科学与工程学院2018级硕士研究生王梅(第二作者)完成,论文的通讯作者为我校李宇翔副教授(第一作者)、秦红梅副教授和苏州大学袁建宇副教授。

相关器件的光伏性能测试

链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894721028138?via=ihub

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来源:材料学院

制版:王子豪

责编:李波

审核:曹雪梅

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编辑:刘蕊

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