Small Methods: 基于二氟五噻吩聚合物的高效有机太阳能电池

有机太阳能电池因为其质量轻、可弯曲、价格低等有点得到了学术界与工业界的广泛关注。关于有机太阳能电池中给体材料的研究,寡聚噻吩聚合物,如二噻吩、三噻吩、四噻吩,材料已被深入研究。然而,关于五噻吩为基础的聚合物被研究甚少。

最近,香港科技大学颜河(He Yan)教授课题组合成了一个五噻吩为基础的给体聚合物,PT5T(图1)。在以ITIC-Th为受体的情况下,虽然以PT5T制备的太阳能电池效率仅有0.37%,但在中心结构单元噻吩引入两个F原子后,新的聚合物PT5T-2F(图1)制备的太阳能电池效率有巨大提升,最高达到9.69%。

图1 给体材料PT5T和PT5T-2F的化学结式

作者通过对混合膜形貌进行GIXD测试(图2)。研究表明,由于F原子的引入,二氟五噻吩的结构单元有着更强的分子间堆积能力,导致了PT5T-2F有着更强的结晶性。随后,作者还对混合膜进行RSoXS测试。测试结果表明,PT5T-2F:ITIC-Th混合相比于PT5T:ITIC-Th混合膜有着更大的相纯度(1.00比0.76)。而利用熔点和Flory–Huggins公式近似处理,可以计算得到PT5T-2F:ITIC-Th混合膜和PT5T:ITIC-Th混合膜的分子相干系数χ,分别为1.46和1.33。PT5T:ITIC-Th混合膜更低的χ值说明了PT5T跟ITIC-Th有着更好的相容性,而这也导致了较差的相纯度。该工作表明了二氟五噻吩这个新的结构单元在非富勒烯有机太阳电池中有着很强的应用潜力。

图2 单一膜和混合膜的GIXD测试谱图

该工作发表在Small Methods(2018, 1700415),第一作者为香港科技大学和深圳研究所的Jing Liu,通讯作者为香港科技大学He Yan教授。