双酯基噻吩聚合物给体：实现负HOMO偏移的低成本有机太阳能电池

摘要

为降低有机太阳能电池（OSCs）成本，本研究设计并合成了一种基于双酯基的简单缺电子单元(2,5-双（5-溴噻唑-2-基）噻吩-3,4-二羧酸双（2-乙基己基）酯，2ETTz-2Br)，并将其与易于合成的(4,8-双(5-（2-乙基己基）噻吩-2-基)苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩-2,6-二基)双（三甲基锡烷）(BDT-2Sn)给体单元共聚，成功制备了一种新型的宽带隙聚合物给体材料PBTz T2E。研究表明：该聚合物具有优异的热稳定性、宽的光谱吸收范围和深的HOMO能级（-5.72 eV）。同时，分子骨架内O…S与N…S非共价键作用有效增强了主链平面性和聚集态有序性。因此，基于PBTz T2E与L8-BO共混的器件实现了0.979 V的高开路电压(V_OC)，其短路电流密度(J_SC)和填充因子（FF）分别为12.95 m A/cm²和40.99%，最终获得5.20%的能量转换效率（PCE）。上述结果证实，羧酸酯与噻唑π桥的协同缺电子效应显著降低了HOMO能级，实现了近1 V高的V_OC，然而，给受体材料之间-0.04 eV的HOMO能级偏移削弱了电荷分离驱动力，一定程度限制了电荷高效传输。因此，通过分子工程精细调控给体-受体间的能级偏移，实现V_OC和J_SC的最优平衡，是提升器件光伏性能的关键。

关键词

宽带隙聚合物 / 高电压 / 负HOMO能级偏移 / 有机太阳能电池

基金资助

国家自然科学基金项目(52003209)