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鲍哲南院士，最新Nature子刊！

来源：时间：2024-03-15 11:25:39 浏览：1701次

第一作者：Yilei Wu

通讯作者：鲍哲南院士

通讯单位：斯坦福大学

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-46493-4.

研究背景

聚合物太阳能电池（PSCs）作为一种非常规的可再生能源，由于其低成本的溶液处理、重量轻、半透明等独特的优点，引起了科研人员的极大兴趣。其中，由聚合物供体和聚合物受体组成的全聚合物太阳能电池（all-PSCs）具有优越的形态、热稳定性和机械稳定性，可在更广泛的条件下加工，使其成为印刷技术的理想选择。基于此，斯坦福大学鲍哲南院士等人报道了一种基于双噻唑连接剂的高性能聚合物受体（PY-BTz），其性能与SMAs相当。对比寡硫吩-连接的PSMAs（PY-2T），由A-DAD-A型构建块和4, 4'-二氧基-5, 5'-双噻唑（BTz）作为π-连接剂组成的PY-BTz具有显著增强的电子迁移率和本质上较低的能量无序性。由于更好的聚合物主链共平面性，导致更好的分子内共轭和更强的链间填充。

文章要点

1、对比二噻吩（2T），BTz由于其独特的几何和电子性质，是一种很有前途的π桥连接单元：1）S(噻唑基)···O(烷氧基)吸引作用促进非共价构象锁，具有广泛的π共轭和高分子序；2）将(噻唑)N与(噻吩)C-H交换，消除相邻芳烃单元间的排斥性C-H··H-C相互作用，降低空间位阻，从而进一步改善π共轭、π堆积和堆积顺序；3）噻唑的缺电子性质抵消了烷氧基给电子特性，降低了受体聚合物的最高已占据分子轨道（HOMO）能量，提供了更好的空气稳定性。

2、作者还研究了不同氟化程度的供体聚合物（PBDB-TF_x，x=0、0.25、0.50、0.75和1）对全聚酰聚烯烃共混形态和光伏性能的影响，其中PBDB-TF_0.25可获得最佳的共混相和能级匹配。PBDB-TF_0.25: PY-BTz基器件的功率转换效率（PCE）最高，达到16.4%（PCE_ave=16.0±0.2%），显著高于PY-2T（9.8±0.1%）。在环境条件下，溶液剪切制备的器件的PCE高达14.7（PCE_ave=13.9±0.6%），并观察到器件的长时间稳定性，在适用于可扩展印刷技术下制备的太阳能电池中最高值。

3、研究表明，BTz独特的结构和电子特性使其成为聚合物受体中很有前途的π桥连接单元，并表明通过π桥连接优化和非共价键相互作用，具有更多平面和刚性骨架构象的共轭聚合物可以同时获得高电子迁移率，良好的聚合物共混性和最小的印刷OPVs性能损失。

图文展示

图1. PY-BTz和PY-2T的合成路线

图2.分子结构分析

图3.纯聚合物的光学和形貌特性

图4. all-PSCs的器件性能

图5.光谱和时间分辨的超快激子离解和电荷复合

图6.IR光谱中的纳秒瞬态吸收实验

图7.共混薄膜的形貌

图8.能量损失分析

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