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聚合物聚集与混溶性在非富勒烯有机光伏中的关键作用

DOI:10.1002/aenm.201902430 期刊:Advanced Energy Materials 出版年份:2020 更新时间:2025-09-16 10:30:52
摘要: 理解聚合物聚集、混溶性以及器件性能之间的关联,对于建立一套适用于非富勒烯受体(NFA)给体聚合物的化学设计规则至关重要。研究人员以具有强温度依赖性聚集特性的给体聚合物PffBT4T-2OD[聚[(5,6-二氟-2,1,3-苯并噻二唑-4,7-二基)-交替-(3,3″′-二(2-辛基十二烷基)-2,2′;5′,2″;5″,2″′-四噻吩-5,5-二基)],又称PCE-11]作为基础聚合物,将其五种具有不同噻吩连接单元组成的共聚物衍生物与通用NFA O-IDTBR共混,系统研究其光伏性能。虽然这些给体聚合物具有相似的光电特性,但研究发现器件功率转换效率随给体聚合物中噻吩含量的变化而显著波动(从1.8%至8.7%)。结构表征结果表明:聚合物聚集程度及其与O-IDTBR的混溶性强烈依赖于化学组成,从而形成不同的给体-受体共混形貌。具有强聚集倾向的聚合物在液-液相分离前会快速聚集,并与NFA表现出更高的混溶性。这些特性使得混合给体-受体区域更小、荧光猝灭更强,最终器件中激子解离效率更高。本研究表明聚合物聚集行为与给体-受体相互作用对聚合物:NFA共混物中体异质结形成的重要性。
作者: Xueping Yi,Zhengxing Peng,Bing Xu,Dovletgeldi Seyitliyev,Carr Hoi Yi Ho,Evgeny O. Danilov,Taesoo Kim,John R. Reynolds,Aram Amassian,Kenan Gundogdu,Harald Ade,Franky So
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理解聚合物聚集、混溶性以及器件性能之间的关联,从而为含非富勒烯受体(NFA)的给体聚合物建立一套化学设计规则。

该研究阐明了给体聚合物的聚集特性如何影响聚合物/非富勒烯受体共混体系中的相分离过程,以及相应的激子和电荷动力学行为,同时强调了聚合物聚集效应与给体-受体相互作用对体异质结形成的重要性。

该研究聚焦于一组特定的给体聚合物和非富勒烯受体(NFAs),其发现可能并不适用于所有聚合物:NFA共混体系。与PC71BM共混物相比,该共混薄膜的光谱覆盖范围较窄,这可能会限制短路电流。

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