段春暉團隊EES: 新型有機太陽能電池聚合物給體，高批次間重複性

導語：研究人員基於新的3-氰基噻吩（CT），進一步設計併合成了一種新型聚合物給體：PBCT-2F，並將其應用到有機太陽能電池（OSCs）器件之中，最終獲得高達17。1%的光電轉換效率（PCE），同時不同批次間器件效能穩定性高。段春暉團隊EES：新型有機太陽能電池聚合物給體，高批次間重複性

https：//doi。org/10。1039/D1EE01957K

1。前言

在過去幾年中，有機太陽能電池（OSCs）的光電轉換效率（PCE）取得了巨大的進步，這與非富勒烯受體（NFAs）的發展息息相關。此外，具有匹配能級、互補光吸收、相容性良好的聚合物給體對於高效OSCs也至關重要。然而，由於缺乏理想的設計單元，高效能聚合物給體仍然較少。目前比較熱門的聚合物給體的結構主要由BDT-2F和BDD單元組成，只有少數基於其它單元的的聚合物供體能夠獲得超過17%的PCE。除此之外，這些聚合物給體需要長時間的合成和繁瑣的純化工藝，從而導致高生產成本。

與此同時，OSCs器件面臨的另一個長期挑戰是，聚合物給體的批次間變化嚴重影響了器件效能，這主要是由於分子量（Mn）和多分散指數（PDI）不可避免的波動造成的。這一缺陷極大地限制了聚合物合成的可擴充套件性和大面積OSCs器件的可重複製造。事實上，精確控制共軛聚合物的Mn和PDI幾乎是不可能的。在這種情況下，能夠在大範圍內工作良好的聚合物給體就顯得尤為重要。到目前為止，透過器件工程（包括兩步順序沉積和使用特殊固體新增劑）來減少批次間差異的報道非常有限，而且並沒有明確的策略來指導如何減少聚合物給體的批次間差異。

圖1：分子設計策略與合成路線

2。簡介

基於以上的問題，近日，

華南理工大學段春暉教授研究團隊

報道了一種新型聚合物構建單元：3-氰基噻吩（CT）。由於結構的簡單，基於CT的單體合成比其它單體合成容易得多。此外，由於CT單元的不對稱性，最終合成的聚合物在結構上是隨機的，這不僅可以提高聚合物的溶解度，還可以減少批次間的變化。於是，研究人員進一步設計併合成了基於CT單元的新型聚合物給體PBCT-2F。結果顯示，聚合物PBCT-2F表現出優異的溶液加工效能、適當的聚集度、高電荷傳輸能力、互補光吸收以及與領先的非富勒烯受體Y6匹配的理想能級。當與受體Y6混合時，相應器件的PCE高達17。1%。

圖2：相關器件的光伏效能

更重要的是，PBCT-2F在較寬的分子量範圍內表現出良好的批次重複性。分子量在18到74 kDa之間的六批PBCT-2F可以獲得非常接近的PCE，當與兩個代表性受體Y6和IT-4F匹配時，最終PCE分別為15。9-17。1%和12。7-13。2%。PBCT-2F突出的光伏特性和優異的批次間重複性使其成為大規模合成的候選材料，這是OSCs器件產業化的必要條件，這些結果無疑也證明了CT單元在構建高效能OSCs聚合物給體方面的前景。

圖3：不同批次間器件的光伏效能比較

3。總結

綜上，該工作不僅說明控制區域規則性將是開發更有效的聚合物給體的有效策略，同時PBCT-2F的成功也為具有商業應用前景的聚合物給體設計提供了一條可行的途徑。相關研究成果現已發表在國際頂級期刊《Energy & Environmental Science》上，題為“A Donor Polymer Based on 3-Cyanothiophene with Superior Batch-to-Batch Reproducibility for High-Efficiency Organic Solar Cells”。

本文關鍵詞：有機太陽能電池，聚合物給體，穩定性，CT，PBCT-2F。

4。材料

Y6：2304444-49-1

IT-4F：2097998-59-7