近五年来,随着高性能非富勒烯小分子(SM)受体的迅速发展,最先进的聚合物太阳能电池(PSCs)的功率转换效率(PCE)已超过17%,主要是由于它们具有吸收系数高、与聚合物供体相容性好的优点。然而,由于PSCs在许多环境问题(如室外的热、氧、光和湿度)中的稳定性较低,会导致器件退化,从而限制了PSCs的商业应用。特别是SM受体具有强烈的自聚集性,在长时间的太阳辐射热作用下,其形态稳定性较差,因此相关的PSCs通常表现出较差的器件性能热稳定性。
近日,瑞典查尔姆斯理工大学Wenyan Su,王二刚副教授,苏州大学张茂杰教授,广东轻工业职业技术学院 Yu Li报道了通过简单的合成路线开发了一种新型的非共轭聚合物受体PF1-TS4,它由一个共轭的IDIC16单元作为主要的构筑块,通过硫代烷基链连接而成。
文章要点
1)PF1-TS4除了具有IDIC16单元的良好平面结构、较大的电子亲和力和高吸光度外,还具有完全共轭聚合物的其他优点,如相结构可调、良好的成膜性以及在聚合物/聚合物共混物中的优异热稳定性。
2)通过与宽禁带聚合物施主PM6相匹配,基于PF1-TS4的All-PSCs获得了8.63%的PCE,比基于IDIC16的PSCs提高了约60%。此外,PM6:PF1-TS4基PSCs在85 °C退火180 h后,由于其稳定的共混形态,表现出优异的热稳定性,远远好于PM6:IDIC16的PSCs。
这项工作清晰的展示了一条通过开发非共轭聚合物受体来提高有源层稳定性从而提高器件热稳定性的新途径,这不仅将启发太阳能电池界,也将启发相关的有机电子研究领域走向实际应用。
Qunping Fan, et al, A Non-Conjugated Polymer Acceptor for Efficient and Thermally Stable All-Polymer Solar Cells, Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI:10.1002/anie.202005662
https://doi.org/10.1002/anie.202005662