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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
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。
关键词： 非富勒烯受体、电荷传输、形貌、电荷产生、聚合物聚集
更新于2025-09-16 10:30:52
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聚合物聚集与液体不相容性对PffBT4T-2DT/非富勒烯有机太阳能电池中通过改变组分调控形貌的影响
摘要： 用于有机太阳能电池的PffBT4T聚合物的温度依赖性聚集行为，在富勒烯基器件中形成有利形貌方面起着关键作用。然而，关于给体/受体比例对形貌调控影响的研究甚少，尤其针对非富勒烯受体(NFAs)。本文报道了PffBT4T-2DT与两种NFAs(O-IDTBR和O-IDFBR)共混物中组分对形貌的影响。差示扫描量热法推断的单临界相行为为固-液与液-液分相的相互作用提供了定性见解。瞬态吸收光谱表明，复合再结合主导电荷衰减且衰减速率对组分不敏感，开路电压的微小变化也佐证了这一点。激子寿命同样不受组分影响，这归因于信号主要来自受体激子——无论组分如何，这些激子都在尺寸和纯度相似的区域内形成与衰减。通过共振软X射线散射(R-SoXS)观察到层级形貌，其尺寸尺度和散射强度的组分依赖性主要由聚合物/富聚合物区域体积分数的变化主导。结果表明存在最佳形貌：聚合物微晶尺寸与连接性达到平衡，确保此类区域具有较高的空穴提取概率。
关键词： PffBT4T-2DT、非富勒烯有机太阳能电池、液体不相溶性、O-IDTBR、聚合物聚集、O-IDFBR、形貌调控
更新于2025-09-16 10:30:52
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精细调控半导体聚合物自聚集与结晶度可实现最佳形貌及高性能印刷全聚合物太阳能电池
摘要： 聚合物聚集与结晶行为对全聚合物太阳能电池（all-PSCs）的性能起着关键作用。然而，通过分子设计调控聚合物自组装以影响体异质结活性层形貌仍具挑战性。本研究展示了一种简单有效的方法——通过系统性地用紧凑型大体积侧链（CBS）替代一定比例的烷基侧链，来调控常用萘二酰亚胺（NDI）基受体聚合物（N2200）的自聚集特性。我们合成了一系列含不同摩尔分数（x=0-1）CBS单元的无规共聚物（PNDI-CBSx），紫外-可见吸收光谱、光致发光（PL）光谱、热分析及掠入射X射线散射（GIWAXS）技术证实：随着x值增加，这些受体聚合物在溶液相的聚集程度与固态结晶度均逐渐降低。值得注意的是，相较于强自聚集的N2200，光伏结果表明：将结晶度更低的受体聚合物与给体聚合物（PBDB-T）共混，可使全PSCs的功率转换效率（PCE）显著提升至8.5%。PL猝灭效应和谐振软X射线散射（R-SoXS）分析显示，更高的短路电流密度（Jsc）源于更小的聚合物相分离畴尺寸。此外，活性层结晶度降低后对成膜方法敏感性减弱，因此从旋涂转为溶液涂布时性能无损失。但过度降低受体聚合物的聚集与结晶度会导致光伏性能下降——此时给体相分离畴尺寸增大。高度无定形的受体聚合物似乎会诱导形成更大的给体聚合物晶粒。这些结果凸显了平衡给受体聚合物聚集强度的重要性，唯有如此才能获得具有最佳活性层膜形貌的高性能全PSCs。
关键词： 形态控制、结晶度、聚合物聚集、萘二酰亚胺、全聚合物太阳能电池
更新于2025-09-11 14:15:04