基于给/受体双重相似性“桥联”聚合物受体的侧链工程构筑高性能三元有机太阳能电池（英文）

摘要

活性层形貌对有机太阳能电池（OSCs）的光伏性能具有决定性影响.然而,二元共混体系通常因不合适的相分离形貌而导致太阳能电池器件效率受限.本文通过将苯并二噻吩（BDT）单元作为给电子基团{类似于聚[(2,6-{4,8-双[5-（2-乙基己基-3-氟）噻吩-2-基]-苯并[1,2-b∶4,5-b′]二噻吩})-交替-{5,5-[1′,3′-二-2-噻吩-5,7-双（2-乙基己基）苯并[1′,2′-c∶4′,5′-c′]二噻吩-4,8-二酮]}]（D18）的给电子单元},与作为受体基团的(2,2′-{（2Z,2′Z）-[12,13-双（2-丁基辛基）-12,13-二氢-3,9-二壬基噻吩并[2,3]噻吩并[3,2-b]吡咯并[4,5-g]噻吩并[2,3-b]吲哚-2,10-二基]双（甲亚基）}双（3-氧代-2,3-二氢-1H-茚-2,1-二亚基）)二丙二腈（Y6）衍生物相结合,设计合成了两种“桥接”型聚合物受体（PAs）,即苯并二噻吩-（2-乙基己基）氧基（BDT-C₂C₄）和苯并二噻吩-辛氧基（BDT-C₈）,对应BDT单元上的侧链分别为（2-乙基己基）氧基和辛氧基侧链.这两种聚合物受体与给体D18、受体2,2′-(（2Z,2′Z）-{[12,13-双（2-丁基辛基）-3,9-二壬基-12,13-二氢-[1,2,5]噻二唑并[3,4-e]噻吩并[2",3"∶4′,5′]噻吩并[2′,3′∶4,5]吡咯并[3,2-g]噻吩并[2′,3′∶4,5]噻吩并[3,2-b]吲哚-2,10-二基]双（甲亚基）}双（5,6-二氟-3-氧代-2,3-二氢-1H-茚-2,1-二亚基）)二丙二腈（N3）呈现出互补的吸收光谱和梯度能级结构,其中BDT-C₈与D18、 N3的相容性优于BDT-C₂C₄.当将两种PAs作为第三组分加入至D18∶N3混合体系时,活性层形貌均得到显著改善.其中D18∶N3∶BDT-C₈三元共混体系表现出显著优化的形貌特征,即相分离尺度更小,并形成纤维状网络结构.最终,基于D18∶N3∶BDT-C₈构筑的器件实现了18.18%的功率转化效率,显著高于二元器件（约17.37%）.本文提出了一种相容剂策略来优化三元有机太阳能电池的共混形貌和光伏性能,能有效减小活性层的相分离形貌,提高器件效率.

关键词

有机太阳能电池 / 三元策略 / 聚合物受体 / 活性层形貌