天津大学叶龙团队EES：三元全聚合物有机太阳能电池共混物相容性、机械参数和稳定性的相关性研究

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前言回顾

随着新型聚合物受体的出现，全聚合物太阳能电池（all-PSCs）的光伏性能得到了显著提高。然而，如何合理设计光热和机械稳定的all-PSCs多组分活性层仍然具有挑战性。目前，研究人员已经开发出众多高性能PY-IT系列聚合物受体及其配对聚合物给体，同时三元策略也逐渐引起研究人员的注意。然而，迄今为止所开发的三元all-PSCs与二元器件相比，几乎没有同时改善功率转换效率（PCE）和机械性能。

此外，三元全聚合物共混物中的混溶性尚未得到很好的量化和解析。通过设计物理模型来预测三元all-PSCs中形态更复杂的多组分共混体系的力学性能仍然是一个巨大的挑战。因此，将组分之间的相互混溶性与形态和机械性能联系起来是预测三元全聚合物体系性能的关键。

图1. 三元all-PSCs的化学结构、光伏性能和稳定性

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文献简介

有鉴于此，近日，天津大学叶龙教授团队开发出多种三元全聚合物共混物，其相比于二元聚合物共混物（PM6:PY-IT、PM6:PYF-IT）表现出更大的PCE、机械拉伸性和稳定性。研究人员有目的地设计了两套三元全聚合物太阳能电池，将各种第三组分引入到参考的二元体系中。在第一组中，研究人员将第二种聚合物给体加入到二元共混物中，包括两种低成本的聚合物给体PTQ10和PTVT-T。而在第二组中，研究人员将N型半导体聚合物PNDI和很少研究的富勒烯聚合物PPCBMB作为第二聚合物受体引入相应的二元体系。

图2. 全聚合物共混物的分子堆积和取向行为

在这些三元体系中，研究人员发现了一种具有优异机械和热稳定性的混合物，效率高达18%。他们进一步揭示了基于第三组分和主体聚合物之间的混溶性差异的物理模型可以预测各种三元共混物的力学性能。更重要的是，这项研究展示了一个连接热力学和机械性能的新框架，可以通过简单的测量对机械和热稳定的三元共混体系进行预筛选。

图3. 三元共混膜的相容性与形貌的关系

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文献总结

综上，该工作的结果对高效和可拉伸的all-PSCs以及其它类型的聚合物电子器件的设计具有重要的指导意义。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Energy & Environmental Science》上，题为“Correlating Miscibility, Mechanical Parameters, and Stability of Ternary Polymer Blends for High-Performance Solar Cells”。

本文关键词：有机太阳能电池，全聚合物，热稳定性，机械性能，混溶性，三元策略。

转自：“有机钙钛矿光电前沿”微信公众号

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