基于噻吩-苯非对称单元的DPP类聚合物给体材料的合成及光伏性能

为了优化聚合物太阳能电池的光伏性能,设计合成了一种基于噻吩-苯非对称单元的二酮吡咯并[3,4-c]吡咯(DPP)类聚合物给体材料(PDPP-PT)。非对称结构的设计使得该聚合物具有较好的分子堆积,有利于器件的制备。该聚合物具有范围在300~900nm的宽吸收光谱、1.5eV的窄光学带隙。在器件性能方面,活性层厚度达260nm时,测得开路电压(Voc)为0.68V,光电转换效率(PCE)为1.51%。因此,PDPP-PT给体材料在制备厚活性层太阳能电池时具有一定的优势并为聚合物给体材料的分子设计提供了一种新的思路。     

新型三元聚合物给体材料的合成及在有机太阳能电池中的应用

以吡咯并[3,4-c]吡咯二酮(DPP)为A单元,苯并[1,2-b∶4,5-b′]二噻吩(BDT)和萘为D单元,合成了一种新型2D/A型三元共轭聚合物太阳能电池给体材料(PDPP-BDT-NT),通过核磁共振氢谱(1 H NMR)对其结构进行了表征,通过热重分析、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、循环伏安法对其热学性质、光物理性能及能级结构进行了研究。PDPP-BDT-NT具有较好的热稳定性,热分解的温度为401℃,有较宽的吸收光谱,可覆盖300~900nm,最高占据轨道(HOMO)能级为-5.35eV。以聚合物PDPP-BDT-NT为给体材料,PC60BM为受体材料,制备了一系列有机聚合物太阳能电池,在大气质量(AM)为1.5G,功率为100mW·cm-2模拟的太阳光照射下,有机聚合物太阳能电池的光电转化效率(PCE)可达2.09%。甲醇处理后,有机聚合物太阳能电池的PCE可达2.34%。     

太阳能电池新型聚合物给体材料的性能研究

设计合成了新型聚合物给体材料PTT-FTQ,以PTT-FTQ∶PCBM体系作为活性层,研究了给受体比例及膜厚、受体类型、添加剂等因素对有机太阳能电池性能的影响。结果表明,当给受体比例为1∶2时,PTT-FTQ能与受体PC61BM形成良好的网络结构,活性层薄膜表面变得更加光滑平整,在活性层膜厚为120 nm时,有利于吸收光子,传输激子,器件能量转化效率达到2.12%,采用1,8-二碘辛烷(DIO)做添加剂,在添加量为溶剂的1%时,效率提升到2.18%,随着DIO加入量的增加,反而会减少给受体间的界面接触面积,导致激子的解离效率和载流子的传输效率大幅度降低。而采用PC71BM做受体时,电池的短路电流密度比PC61BM体系下的要大得多,但是开路电压会稍低,这主要是PC71BM有较强的光谱吸收但LUMO能级较低,PTT-FTQ∶PC71BM体系能量转化效率达到2.78%。     

苯并二噁唑系列聚合物的合成及其光电性能的研究

以4,6-二氨基-1,3-苯二酚盐酸盐为原料,分别与对苯二甲酸、1,4-萘二甲酸、2,6-萘二甲酸、2,5-噻吩二甲酸、4,4’-(1,2-二苯基乙烯)二甲酸、反丁烯二甲酸在多聚磷酸介质中反应,合成了单环的聚(1,4-亚苯基)苯并二噁唑(PBO)、稠环的聚(1,4-亚萘基)苯并二噁唑(1,4-PNBO)和聚(2,6-亚萘基)苯并二噁唑(2,6-PNBO)、杂环的聚(2,5-亚噻吩基)苯并二噁唑(PTBO)、含有两个苯环的聚-4,4’-亚(1,2-二苯乙烯基)苯并二噁唑(4,4’-PDPEBO)和直链烯烃的聚亚乙烯基苯并二噁唑(PBOV)。采用傅立叶红外光谱、元素分析对系列聚合物的结构进行了表征。利用电导率仪和荧光光谱仪,对系列聚合物的结构与性能之间的关系进行了分析。研究结果表明,PBO、1,4-PNBO、2,6-PNBO、4,4’-PDPEBO、PTBO和PBOV电导率依次减小;系列聚合物的荧光发射光谱和激发光谱的形状都相近,聚合物的最大发射峰波长是一致的,其中2,6-PNBO的荧光强度最强。     

聚(芳基醚1,3,4-噁二唑)类聚合物的合成及表征

为改善芳香族聚噁二唑的加工性,合成了一种含噁二唑的双氟单体,将其与二酚单体进行溶液缩聚,得到一系列含有醚键与C(CH3)2,CCH3C6H5等官能团的新型聚(芳基醚1,3,4-噁二唑)(PEOD),其黏度达1.0 dL/g,噁二唑成环率达100%,并通过核磁氢谱(1H-NMR)和元素分析(EA)证实了其化学结构。通过热重分析(TGA)对PEOD的热稳定性进行了表征,结果表明,这些聚合物具有优良的热性能。通过溶解性试验表明PEOD能够溶解于三氯甲烷(CHCl3)、二氯甲烷(CH2Cl2)、四氢呋喃(THF)等有机溶剂,其溶解性比聚对苯撑噁二唑(p-POD)及对间苯噁二唑(p/m-POD)有了较大的改善。     

Highly Efficient,Stable, and Ductile Ternary Nonfullerene Organic Solar Cells from a Two‐Donor Polymer Blend

Organic solar cells (OSCs) are one of the most promising cost‐effective options for utilizing solar energy, and, while the field of OSCs has progressed rapidly in device performance in the past few years, the stability of nonfullerene OSCs has received less attention. Developing devices with both high performance and long‐term stability remains challenging, particularly if the material choice is restricted by roll‐to‐roll and benign solvent processing requirements and desirable mechanical durability. Building upon the ink (toluene:FTAZ:IT‐M) that broke the 10% benchmark when blade‐coated in air, a second donor material (PBDB‐T) is introduced to stabilize and enhance performance with power conversion efficiency over 13% while keeping toluene as the solvent. More importantly, the ternary OSCs exhibit excellent thermal stability and storage stability while retaining high ductility. The excellent performance and stability are mainly attributed to the inhibition of the crystallization of nonfullerene small‐molecular acceptors (SMAs) by introducing a stiff donor that also shows low miscibility with the nonfullerene SMA and a slightly higher highest occupied molecular orbital (HOMO) than the host polymer. The study indicates that improved stability and performance can be achieved in a synergistic way without significant embrittlement, which will accelerate the future development and application of nonfullerene OSCs.