《Table 2 Properties of random conjugated polymers as donors and ITIC as an acceptor》

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《无规共聚策略设计聚合物太阳能电池的展望与思考》

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近年来，Jenekhe课题组设计和合成了一系列在NDI和硒酚体系中添加不同比例的PDI形成无规共轭聚合物xPDI[56]，在研究的过程中，全聚合物有机太阳能电池的兼容性、薄膜形貌和结晶性等几个关键因素限制了其效率的提高.并且30PDI聚合物受体与BDT和TT聚合物给体PDBTTT-CT作为活性层，其PCE为6.3%，Jsc值为18.6 mA cm-2和EQE值为91%，而以NDI和硒酚的D-A共聚物PNDIS-HD为受体材料的效率仅为1.4%，产生这样的结果主要是结晶性所致.PDBTTT-CT:30PDI的结晶尺寸是5.11 nm，但是PDBTTT-CT:PNDIS-HD产生了比较大的结晶尺寸（9.15 nm），很明显，不同的结晶度获得了不同的效率，同时，其对电荷迁移率也会有很大的影响，因此，结晶度大小对混合膜形貌是至关重要的，形貌又会涉及给体和受体的兼容性，这将会直接影响效率的高低.瑞典查尔姆斯理工大学王二刚及合作者在2017年发展了一种无规共轭聚合物PNDI-T10[57]，在NDI与二连噻吩共聚物（N2200）中添加10%的噻吩给体单元进行自由聚合而获得.以PTB7-Th为给体，PNDI-T10为受体，按照质量比1:1，共聚物达到7.6%的效率，并且其FF超过70%.以PBDTTS-FTAZ:PNDI-T10（2:1）为光伏活性层，从光谱以及电子能级上考虑，又进一步制作了三元体系的全聚合物太阳能电池，并且达到9.0%的高效率.同时，FF为74%，在三元体系的全聚合物太阳能电池中，其电子和空穴迁移率均在10-4数量级，较为平衡的电荷传输导致相当高的FF.2018年，我们与合作者一起合成了基于N2200无规共轭聚合物PNDI-2T-TR（5）和PNDI-2TTR（10）[58]，其构成是向N2200体系添加了含有绕丹宁染料基共轭侧链的噻吩.其光吸收系数要比N2200的强，这将会大大提高Jsc，电子轨道能级LUMO也有所提升，有利于提高OSC的Voc.同时，噻吩衍生物给体单体的加入，也会降低N2200所带来的强结晶性，更有利于提高电荷传输能力，从而提高其FF值.经过130°C热退火且没有任何添加剂处理，以含有烷基噻吩共轭侧链的BDT与噻吩并噻吩二酮（BDD）聚合物PBDB-T为给体，PNDI-2T-TR（5）为受体，其光伏最高效率为8.13%，Jsc为14.83 mA cm-2，Voc为0.85 V和FF为0.64，然而，以PBDB-T:N2200为活性层的有机光伏效率仅为5.15%，Jsc为11.84 mA cm-2，Voc为0.80 V和FF为0.54，很明显，相比N2200，PNDI-2T-TR（5）的3个光伏参数均有较大的提高，导致全聚合物OSC的效率大幅度提高.华南理工大学黄飞课题组在2018年发展了一系列无规共聚物受体NOEx（NOE0、NOE10、NOE20和NOE30）[59]，其是由N端含有烷基醚链的NDI和二连噻吩进行共聚.以含有2，3-二癸烷基噻吩共轭侧链的BDT与苯并三氮唑（TAZ）的共聚物为给体，分别以一系列NOEx为受体，全聚合物OSC的最高效率为8.1%，而以N2200为受体的OSC效率为6.8%，效率的提高主要归咎于无规共聚物降低了N2200体系强的结晶性，赋予受体很好的兼容性以及较合适的相分离形貌.同时，基于NOE10器件的激子分离几率达到96%.一系列无规共聚物混合膜的电子和空穴迁移率也均在10-4数量级，通过光强依赖性对电荷复合机理测试，其指数因子α均趋向于1，这些综合的结果也证实NOE10是一种比较有前途的材料之一.图5和表3分别给出了上面提到的无规共轭共聚物受体材料的分子结构和相关性能参数.