Changduk Yang团队Chem. Eng. J：基于PTTz-2FT20的OSCs成功实现了16.18%的最高PCE

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前言回顾

由于有机太阳能电池（OSCs）具有重量轻、灵活性和制造柔性和半透明器件的能力，因此吸引了大量科研工作者的关注。随着有机光活性材料的不断发展，特别是最先进的非富勒烯小受体，已经可以实现超过19%的功率转换效率（PCE）。与含Y6、ITIC及其衍生物在内的多种非富勒烯小受体相比，依赖于噻吩取代的苯并二噻吩（BDT）基的高性能聚合物供体却停滞不前。这是由于复杂、多步的合成步骤和纯化过程均会产生较高的生产成本，最终阻碍大规模的工业生产。现今，迫切的需要低成本且高性能的聚合物供体来实现商业上可行的OSCs。

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文献简介

基于此，蔚山国家科学技术研究院Changduk Yang等人，将不同含量的二氟二噻吩（2FT）引入到噻吩-二噻吩基噻唑并噻唑（TTz）基聚合物中，合成了可作为聚噻吩衍生物供体的TTz基聚合物（PTTz、PTTz-2FT10、PTTz-2FT20和PTTz-2FT30）。将其与m-BTP-PhC6受体共混时，共混物中的有序结构（即结晶度和骨架取向）会发生改变。同时，实验表明，使用PTTz-2FT20的共混物会具有匀称的双峰分子分布和受调控的晶粒表面和边缘，并且可以产生16.18%的最佳功率转换效率（PCE）。此外，PTTz-2FT20通过三元共混物获得了17.13%的显著PCE，这也是迄今为止报道的聚噻吩基OSCs的最高值之一。该研究结果为基于聚噻吩的OSCs的操作机制和形态（取向）-性能（OSC输出）关系提供了新的见解，这对于设计高性能聚噻吩供体有很大的帮助。

图1. (a) ESP分布; (b) 每个原子的平均ESP值; (c) (TTz)2、(TTz)-(Tz–2FT)和(Tz-2FT)2的ESP面积分布

图2. (a) 纯PTTz系列供体聚合物薄膜的GIWAXS图像; (b) PTTz系列聚合物膜中(010)П-П衍射峰相应的极坐标图; (c) (010) OOP和IP方向的CCL值

图3. (a) J–V曲线; (b) 统计直方图; (c) EQE光谱; (d) JSC; (e) VOC vs OSC的光强度; (f) OSCs的计算能量损失直方图

图4. (a) 三元OSCs的示意图; (b) J-V曲线和光伏参数; (c) 基于PT的OSCs的散点图

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文献总结

总之，该课题组合成了一系列基于TTz的聚合物（PTTz、PTTz-2FT10、PTTz-2FT20和PTTz-2FT30），它们在聚合物骨架中具有不同的2FT含量，且可用作OSCs中的有效聚噻吩供体。他们通过对TTz基聚合物进行详细研究，发现在聚合物主链中引入2FT单元可以加深HOMO/LUMO能级，并且通过增强预聚集行为，和调节有序结构（包括结晶度和主链取向），也可以降低与m-BTP-PhC6受体的混溶性。当与m-BTP-PhC6受体混合时，基于PTTz-2FT20的OSCs实现了16.18%的最高PCE。此外，通过使用多个PTTz-2FT20:L8-BO对，实现了超过17.1%的PCE，这是迄今为止报道的基于聚噻吩供体的OSCs的最高PCE之一。相关研究成果发表于国际知名期刊《Chemical Engineering Journal》，题为“Ordering structure control of polythiophene-based donors for High-Efficiency organic solar cells”。

转自：“有机钙钛矿光电前沿”微信公众号

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