Angew. Chem. :双硒吩酰亚胺用于构建高性能聚合物受体材料

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全聚合物太阳能电池(all-PSCs)因其良好的器件 性能稳定性和优异的机械性能而受到了广泛的关注。受益于近年来“聚合化小分子受体(PSMAs)”这一策略提出,all-PSCs取得了快速发展并已取得超过的16%的能量转换效率(PCE)。然而,报道的大多数给体-受体(D-A)型PSMAs一方面表现出有限的电子迁移率(μes ≈10−4~10−5 cm2 V−1 s−1),这限制了电子的传输/收集;另一方面,低数均分子量(Mn ≈7~15 kDa)的PSMAs也会影响到器件稳定性以及未来柔性器件应用。因此,开发兼具高分子量和高电子迁移率的聚合物受体至关重要。



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图1.(a)all-PSCs中的聚合物受体材料的化学结构和器件结构示意图;(b)锡化单体BSeI-Tin和(c)聚合物受体材料的合成路线图。

除了传统的D-A高分子骨架构建策略,最近兴起的受体-受体(A-A)型策略已经被证实为发展高迁移率n-型聚合物及其高性能有机电子器件的有效策略之一。而发展A-A型聚合物的关键是缺电子受体单元的锡化。在前期研发的锡化双噻吩酰亚胺(BTI-Tin)聚合单体及其高性能A-A型n-型聚合物的基础上,近日南方科技大学郭旭岗教授、冯奎副研究员团队进一步研发了锡化双硒吩酰亚胺(BSeI-Tin)及其A-A型聚合物PY5-BSeI。和D-A型聚合物PY5-BSe相比,PY5-BSeI表现出更高的数均分子量,更宽的吸收光谱(图2a-b),更低的分子前线轨道能级,更平面的骨架结构,更高的电子迁移率和更高的薄膜结晶度。因此,当与聚合物给体PM6共混时(图2),基于PY5-BSeI的all-PSCs的效率达到17.77%,该效率远高于PY5-BSe的器件效率(10.70%)。

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图2.(a)优化的all-PSC器件的J-V曲线;(b)PCE与Mn的关系图;(c)优化的all-PSC器件的EQE曲线;(d)15个器件效率统计分布图;(e)共混膜的SCLC电子迁移率;(f)共混膜的SCLC空穴迁移率。

文信息

Biselenophene Imide: Enabling Polymer Acceptor with High Electron Mobility for High-Performance All-Polymer Solar Cells

Suxiang Ma, Bangbang Li, Shaokuan Gong, Junwei Wang, Bin Liu, Sang Young Jeong, Xihan Chen, Han Young Woo, Kui Feng, and Xugang Guo


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202308306




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