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低带隙聚合物的理性设计以实现高效高开路电压太阳能电池：具有相似范德华半径的甲基与氯取代基的深远影响

DOI：10.1021/acsami.9b18278 期刊：ACS Applied Materials & Interfaces 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 通常，基于低带隙材料的光伏器件开路电压（VOC）较低，如何在低带隙（Eg<1.6 eV）与高开路电压（>0.9 V）之间实现平衡，对制备高效聚合物太阳能电池（尤其是高性能半透明PSCs和叠层太阳能电池）至关重要。尽管已付出诸多努力，但多数成果可能不尽如人意。本研究通过氯化方法与高效噻唑诱导策略，设计合成了以深HOMO能级和弱非共价Cl···S相互作用增强主链平面性为目标的聚合物PTBTz-Cl；同时构建了侧链范德华半径相近（CH3: 0.20 nm vs Cl: 0.18 nm）的甲基取代聚合物PTBTz-Me作为参照。值得注意的是，与PTBTz-2相比，新合成聚合物在300-770 nm范围内呈现红移吸收光谱，带隙显著降低至约1.6 eV。但Cl与Me取代基作用不同：相较于PTBTz-Me，PTBTz-Cl具有更低的HOMO能级、更强的结晶性及更紧密的分子内相互作用，因而展现出卓越光伏性能——开路电压达0.94 V，光电转换效率为10.35%（较PTBTz-Me的9.12%提升约11%），也是聚合物/富勒烯太阳能电池中的最高值之一。此外，其光能损失（Eloss）仅0.64 eV，在当前高性能聚合物体系中实属罕见。
作者： Xiao Kang，Di Zhou，Qian Wang，Dangqiang Zhu，Xichang Bao，Xiyue Yuan，Fushuai Liu，Yonghai Li，Shanlin Qiao，Renqiang Yang
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研究目的

为了实现高效聚合物太阳能电池（尤其是高性能半透明PSC和串联太阳能电池）中低带隙（Eg<1.6 eV）与高开路电压（>0.9 V）的平衡。

研究成果

聚合物PTBTz-Cl展现出优异的光伏性能，其开路电压（VOC）高达0.94 V，光电转换效率（PCE）达10.35%，显著优于PTBTz-Me（0.78 V和9.12%）。该研究表明PTBTz-Cl在高效半透明钙钛矿太阳能电池及叠层太阳能电池中具有应用潜力。

研究不足

该研究聚焦于具有相近范德华半径的Me和Cl取代基对聚合物太阳能电池性能的影响。其局限性包括仅针对这些取代基进行研究，以及光伏性能需进一步优化。

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