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基于新型内酰胺受体单元的聚合物光伏材料

曹佳民  左传天  丁黎明  
【摘要】:目前,单节聚合物太阳能电池的能量转换效率已超过了11%~([1-2]),接近了商业化生产的门槛。其中D-A共聚物具有良好的吸光性能和较高的载流子迁移率,是最常用的聚合物给体材料。从2013年开始,我们开发了一系列的内酰胺受体单元,基于这类受体单元的多种聚合物的能量转换效率超过了9%~([3-4])。其中基于7,7'-双(二噻吩并[3,2-b:2',3'-d]吡啶)-5,5'(4H,4'H)-二酮(BDTP)和噻吩的聚合物PTh BDTP具有较低的HOMO能级和较高的载流子迁移率,光学带隙为1.86 eV。基于PTh BDTP/PC71BM的聚合物太阳能电池的效率达到9.13%~([4])。进一步将PTh BDTP应用于叠层电池的前电池,效率达到了11.35%,是已报道的叠层电池的最高效率之一~([5])。结果表明我们开发的BDTP是一类非常优良的受体单元。噻吩并[3,2-b]噻吩(TT)和2,2'-联二噻吩(BT)可拓展有效共轭长度,提高链间的相互作用,是D-A共聚物中常用的优良给体单元。因此为了进一步研究BDTP类聚合物的光伏性能,我们将BDTP与噻吩并[3,2-b]噻吩(TT)或2,2'-联二噻吩(BT)共聚,制备了聚合物PTTBDTP和PBTBDTP。为了保证聚合物的溶解性,BDTP上的烷基侧链从2-辛基十二烷基优化为2-癸基十四烷基。经过优化,聚合物PTTBDTP和PBTBDTP的能量转换效率分别为5.84%和6.86%。

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