AEM：π共轭聚合物给体和受体之间的相互作用决定了共混物的结晶顺序和光伏性能

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前言回顾

有机光伏（OPVs）作为下一代光伏技术近年来引起人们的极大兴趣，目前也已经开发了各种π共轭聚合物给体和小分子受体。这其中，两种分子的结晶度是提高OPVs电池性能的关键因素。然而，在基于非富勒烯受体（NFAs）的最先进OPVs器件中，通常使用具有低结晶度的π共轭聚合物从而获得高效率（PCE），因为这样的结构能够促进有效的电荷载流子传输。相反，对于富勒烯类器件，较高的PCE主要依赖于较高结晶度的π共轭聚合物实现。

设想一下，如果高结晶聚合物能够在基于NFAs的电池中更好地发挥作用，则可以有效改善PCE。事实上，据报道，很少有聚合物在NFAs共混膜中显示出结晶型结构，并且获得了了相对较高的PCE（12-16%）。但另一方面，据报道，在富勒烯共混物中显示出晶体结构的一些聚合物在非富勒烯共混膜中却表现出非常低的结晶度，PCE也因此较低。因此，了解促进NFAs共混物中π共轭聚合物结晶顺序的关键因素非常重要。

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文献简介

基于上述的挑战，近日，日本广岛大学Itaru Osaka课题组设计并制备了一系列名为PTzBT和PTzBTE的共聚物，并系统地研究了聚合物结晶度和聚集性能如何影响基于NFAs（如IT-4F、Y6和Y12）以及富勒烯材料PC71BM的OPV电池器件性能。PTzBT含有烷基（2-丁基和2-己基癸基）作为侧链，而PTzBTE则是由烷基（-2-丁基）和酯（2-己基癸酯）基团作为侧链。在PTzBTE中，TzTz环中的硫原子和羰基氧可以诱导非共价分子内相互作用（S∙∙∙O相互作用），以联锁酯取代的噻吩和TzTz环之间的连接，抑制主链扭转。因此，相对于PTzBT，PTzBTE应具有更刚性的主体结构。有趣的是，尽管这些聚合物的结晶度在纯膜中相似，但结晶度取决于受体材料而显著不同，聚合物和受体之间的这种相互作用与光伏性能明显相关。

具体而言，以烷基为侧链的PTzBT在基于PC71BM和Y12的共混膜中显示出有序性的结晶，具有相对较高的聚集性能，而在基于IT-4F和Y6的共混膜中则显示出极低的结晶度。相反，PTzBTE具有烷基和酯基作为侧链，因此无论什么受体材料，较高的主链扭转势垒在共混膜中显示出结晶行为。因此，PTzBT在基于PC71BM和Y12的OPV电池中表现出相对较高的光伏性能，但在基于IT-4F和Y6的电池中性能较差。研究结果显示，PTzBTE与所使用的受体匹配时始终表现出相当高的性能。特别是，基于PTzBTE/Y12的器件获得了≈15%的PCE，这是适用于NFAs类OPV器件的结晶型聚合物的最高值之一。

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文献总结

综上，这项工作表面，给体和受体材料的聚集特性在共混物结晶顺序方面起着至关重要的作用，从而直接影响OPV器件的性能。这项研究将为OPV的进一步发展，特别是高结晶聚合物类OPV提供了重要指导。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Advanced Energy Materials》上，题为“Interplay Between π-Conjugated Polymer Donors and Acceptors Determines Crystalline Order of Their Blends and Photovoltaic Performance”。

本文关键词：有机太阳能电池，给体聚合物，结晶度，网络形态，器件性能。

转自：“有机光电前沿”微信公众号

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