南开大学 陈永胜/姚朝阳 AEM: 一种吡嗪基宽带隙聚合物给体在串联有机太阳能电池中产生 19.35% 的效率

在串联有机太阳能电池（TOSC）中，人们探索了各种具有互补吸收能力的光收集分子，目的是最大限度地协同利用太阳光。与几乎拥有连续可调带隙的小分子受体形成鲜明对比的是，TOSC中的高性能宽带隙（WBG）聚合物给体却相当稀缺，目前只有PM6（光带隙，Egopt = 1.80 eV）和D18（Egopt = 1.98 eV）得到广泛应用。在此，为了开发具有大开路电压（VOC)）和高能光子吸收能力的WBG聚合物供体，合成了两种吡嗪基聚合物供体PPy1和PPy2，聚合物骨架上分别带有支化的2-丁辛基和正十二烷基链，其最高占据的分子轨道能级下移≈-5.60 eV，因此Egopt超过2.0 eV。因此，当与WBG受体F-ThCl混合时，基于 PPy2:F-ThCl的器件显示出更高的功率转换效率（PCE）（14.50%）和填充因子（77.66%）。鉴于PPy2的VOC高达1.07 V，我们进一步制造了基于PPy2的TOSC，并使用PM6:CH1007:F-2F的窄带隙混合物作为后电池，显示出令人印象深刻的19.35%的PCE。这项工作证明了吡嗪单元在构建WBG聚合物供体以实现破纪录的TOSC方面的巨大潜力。

图文简介

a ) PPy1和PPy2的分子结构。b ) PPy1和c ) PPy2在溶液和薄膜中的归一化吸收光谱；d )能级图。e ) PPy1和f ) PPy2在不同温度氯苯溶液中的吸收光谱；g ) ɛr为频率的函数。

a ) J-V曲线。b ) 15 个器件的PCE直方图。c ) EQE光谱和积分JSC值。d )电子和空穴迁移率。e ) Jph−Veff 曲线。f )基于PPy1：F-ThCl和PPy2：F-ThCl的OSCs的VOC和JSC的光强依赖性。

a，b ) PPy1，PPy2和F-ThCl纯膜和混合膜的2D-GIWAXS图和c ) 1D散射曲线。d )在2216 cm -1处记录的PPy1：F-ThCl和PPy2：F-ThCl混合膜的AFM-IR图像。e )纤维直径的统计分布。

a )叠层器件图和相应子电池的化学结构图。b )能级图。c )中间结层的透射谱。d ) J-V曲线和e ) EQE谱。f )不同光强下光伏参数的变化。g ) PCE随工作时间的变化。

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