《Table 1 Properties of random conjugated polymers as donors and PCBM as an acceptor》

  提示：宽带有限、当前游客访问压缩模式

本系列图表出处文件名：随高清版一同展现

《无规共聚策略设计聚合物太阳能电池的展望与思考》

1. 获取 高清版本忘记账户？点击这里登录

1. 下载图表忘记账户？点击这里登录

目前，由于非富勒烯受体种类丰富[10，42~51]，无规共聚物与非富勒烯受体的搭配，能够有效地克服PCBM衍生物所带来的不利因素，所以非富勒烯无规聚合物OSCs的效率获得大幅度地提高.在2017年，Yang等发展了高效的无规聚合物PTPTI-Tx[21]，此聚合物是由在异喹啉衍生物与噻吩体系中掺杂不同含量的二连噻吩给体单体所构成，并且经过电化学（CV）和光带隙（Eg）测试发现一系列无规共聚物的轨道能级并没有太大的变化，在聚合物骨架中，通过改变噻吩和二连噻吩2个给体单元的比例来协调PTPTI-Tx聚合物的结晶性，基于PTPTI-Tx:m-ITIC薄膜非富勒烯聚合物太阳能电池产生了不同形式的微晶结构.在这一系列聚合物中，PTPTI-T70与m-ITIC搭配产生了较合适的小比例相分离，以及Face-on微结晶排列，因此，其产生了有效的激子分离和电荷传输过程，获得了高的PCE值11.02%，和高的短路电流密度17.12 mA cm-2.在非富勒烯聚合物有机光伏中，以上结果表明无规三元聚合物是一种简单实用的优化聚合物给体的方式.韩国蔚山科学技术研究院Yang课题组合成了D1-A-D2-A型无规共聚物PBDB-TTn[22]，以给体单体BDT和受体单元噻吩并噻吩二酮（BDD）聚合为主体，通过向这个体系加入不同量的噻吩并噻吩（TT）单体构建的无规共轭聚合物PBDB-TTn表现出了优异的器件性能，并且通过调节BDT和TT单体的比例，其摩尔消光系数有了不同程度的增强，有利于共聚物对光的吸收，提高了器件的Jsc；以PBDB-TT5:PC71BM或m-ITIC为光活性层，分别获得了8.34%和11.10%的效率，通过对共聚物PBDB-TT0、PBDB-TT5、PBDB-TT10和PBDB-TT20一系列的器件优化，发现PBDB-TT5表现出最优的器件性能，这与PBDB-TT5材料最大的摩尔消光系数有很大的关联.通过对一系列共聚物进行迁移率测试，发现共聚物显示了较高的电子迁移率（μe）和空穴迁移率（μh）.PC71BM薄膜的空穴和电子迁移率的范围分别为1.97×10-3~2.56×10-3 cm2 V-1 s-1和6.78×10-4~1.26×10-3 cm2 V-1 s-1.同时，基于m-ITIC混合薄膜电荷迁移率（μh:1.16×10-3~3.30×10-3 cm2 V-1 s-1，μe:3.84×10-5~1.30×10-4cm2 V-1 s-1）与基于PC71BM薄膜的电荷迁移率值均在一个数量级.为了揭示掺杂膜形貌的内部物理机制，GIWAXS的测试表明PBDB-TTn:mITIC混合膜显示其结晶性在Face-on排列方向，并随着TT单体的加入逐渐减弱，而PBDB-TTn:PC71BM器件的混合膜却表明在Face-on排列方向其具有很强的结晶性，这2个结果比较说明结晶性的降低更有利于形成适当的相分离尺寸.韩国科学技术研究院Son在2018年发展一系列D-A型无规共轭聚合物PBDB-Tn[52]，通过调节给体和受体的比例，发现给体和受体的最佳比例为7:3，以PBDB-T73:ITIC为活性层的未经过热退火的器件显示最高的PCE为11.14%，而PBDB-T器件经过热退火获得10.02%的效率.通过激子分离和电荷迁移率测试，发现PBDB-T73:ITIC器件具有较低的双分子电荷复合和平衡的电荷迁移率.在2018年，华南理工大学段春晖和埃因霍芬理工大学的Janssen等合作者开发了一系列基于BDT衍生物无规共聚物给体PTAZ-TPDx[53]，以PTAZ-TPD10为给体，N2200为聚合物受体，器件显示最高的效率为6.5%.降低给体或者受体聚合物的结晶性，来提高其光伏性能.华南理工大学黄飞团队合成了含有烷基噻吩和苯基的BDT无规共聚物给体材料Phn[54]，并通过向体系添加不同比例缺电子单元TzBI-O，实现了给体聚合物HOMO能级的改变（从-5.26 eV降低到-5.33 eV），达到了提高Voc的目的（从0.85 V提高到0.90 V）.基于Ph50:ITIC为掺杂膜的光伏性能为8.55%，主要归于双分子复合的降低和较为平衡的电荷传输.北京航空航天大学孙艳明团队发展了一系列通过添加少量的烷硫基噻吩共轭侧链BDT，构建无规共轭聚合物PBn[55]，经过器件优化，发现PB55显示最优的光伏性能.PB55:PC71BM和PB55:ITCPTC器件性能的PCE值分别达到10.1%和12.1%.这个结果表明共轭侧链的微调是提高有机光伏性能的重要手段.图4和表2分别给出了上面提到的使用在非富勒烯太阳能电池中的无规共轭共聚物给体材料的分子结构和相关性能参数.