Solar RRL :自掺杂水醇溶共轭聚合物调控聚合物太阳电池界面

聚合物太阳电池由于具有质轻,柔性,可低成本溶液加工大面积器件等优点受到了广泛的关注。聚合物太阳电池的界面调控对于其性能至关重要,水醇溶共轭聚合物作为一类高性能的界面材料在聚合物太阳电池中得到了广泛应用。研究发现水醇溶共轭聚合物中的极性侧链基团不仅使这一类材料在水或醇等极性溶剂中有很好的溶解性,从而可以有效地克服器件加工过程中的界面互溶,应用在多层光电器件中,而且还可以有效的提高聚合物太阳电池的短路电流、开路电压、填充因子以及最终的器件效率。而通过对水醇溶共轭聚合物的主链结构调控不但可以有效调节水醇溶共轭聚合物的能级提高其迁移率,而且还有可能实现其侧链基团与主链间的掺杂进一步提高水醇溶共轭聚合物材料的电荷传输与收集性能。

RRL-huangfei

近期,华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室黄飞教授课题组在自掺杂水醇溶共轭聚合物的研究上取得了重要进展,通过对n型水醇溶共轭聚合物的主链和侧链的结构调控,实现了对于水醇溶共轭聚合物的掺杂行为,光电导以及光伏性能的可控调节。研究发现,给电子能力更强的侧链极性基团能够诱导产生更强的自掺杂行为。同时共轭主链的电子能级对掺杂行为也很重要,共轭主链LUMO能级(Lowest Unoccupied Molecular Orbital, 最低未占分子轨道)更深的水醇溶共轭聚合物更容易发生自掺杂行为。掺杂能明显改善水醇溶共轭聚合物的电荷传输性能,使其能够加工成较厚的薄膜作为聚合物太阳电池的界面材料,适用于印刷制备的高聚合物太阳电池器件,实现了超过10%的光电转换效率。该工作通过研究水醇溶共轭聚合物分子结构、掺杂行为以及其光伏性能的内在关系为设计开发新型高性能水醇溶共轭聚合物界面材料提供了新的思路。相关工作发表在Solar RRL(DOI: 10.1002/solr.201700055)上。

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