微调半导体聚合物自我聚合和结晶性可实现最佳形态和高性能印刷全聚合物太阳能电池

科学领域:

• 材料科学
• 有机电子
• 聚合物化学

背景情况:

• 聚合物聚合和结晶对于全聚合物太阳能电池 (全PSC) 的性能至关重要.
• 在所有PSC中控制聚合物自我组装以获得最佳的活性层形态是具有挑战性的.
• 基于纳二胺 (NDI) 的受体聚合物,如N2200,通常表现出强烈的自我聚合.

研究的目的:

• 开发一种策略来调节基于NDI的受体聚合物的自我聚合和结晶性.
• 研究受控聚合对所有PSC的形态和性能的影响.
• 为设计高性能全PSC材料建立结构属性关系.

主要方法:

• 通过在NDI聚合物中用紧的体积较大的侧链 (CBS) 取代基侧链来合成随机共聚物 (PNDI-CBS).
• 使用紫外线吸收,PL光谱,热分析和GIWAXS进行溶液相聚和固态结晶性的表征.
• 所有PSC混合PNDI-CBS与捐赠聚合物 (PBDB-T) 的制造和光伏性能测试.
• 使用PL火和R-SoXS进行形态分析.

主要成果:

• 增加CBS单元的摩尔分数逐渐抑制了聚合物的聚合和结晶性.
• 使用更多无形受体聚合物制造的所有PSC实现了高达8.5%的功率转换效率.
• 减少受体聚合导致相隔域更小和短路电流密度更高 (Jsc).
• 较低的晶度使得活性层对薄膜沉积方法的敏感度降低,从而使加工更容易.
• 接受器聚合的过度减少增加了供体相分离域大小和供体聚合物晶体,降低了性能.

结论:

• 通过侧链工程系统调节受体聚合物是一种提高全PSC性能的有效策略.
• 为了实现高PCE和所需的活性层形态,供体和受体聚合物之间的聚合强度的最佳平衡至关重要.
• 开发的PNDI-CBS共聚物为可加工和高性能全PSC提供了途径.