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廣州大學(xué)孫會靚教授團隊《Adv. Energy Mater.》：新型聚噻吩衍生物實現(xiàn)高效全聚合物太陽能電池
2023-06-25  來源：高分子科技

  全聚合物有機太陽能電池由于其具有良好的熱穩(wěn)定性和機械性能而備受關(guān)注。隨著小分子受體高分子化策略的發(fā)展，基于全聚合物有機電池的能量轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)達到18%。然而，這些高效的給受體材料通常是由稠合的給體和受體單元構(gòu)成，其復(fù)雜的合成步驟和昂貴的材料成本不利于進一步大面積應(yīng)用。聚噻吩及其衍生物由于其結(jié)構(gòu)簡單、合成步驟短和原料成本低等優(yōu)勢，被認為是推動有機電池走向進一步應(yīng)用的關(guān)鍵材料之一。但是，聚噻吩由于其較高的HOMO能級和較強的結(jié)晶性導(dǎo)致其與受體材料（尤其是聚合物受體）的能級匹配性差且很難形成理想的共混膜形貌。


  針對此，孫會靚教授團隊將前期自主研發(fā)的新穎噻吩衍生物（Energy Environ. Sci. 2019, 12, 3328）通過乙烯基橋連創(chuàng)制出了新型受體單元（FETVT），然后與噻吩錫化單體共聚得到目標(biāo)聚合物PFETVT-T，為了充分展現(xiàn)新受體基元的優(yōu)勢，作者同時合成了PFETVT-T的異構(gòu)體（PETVT-FT）圖1。氟原子和酯基的引入可以降低聚合物分子的LUMO和HOMO能級，同時可以調(diào)控分子骨架的堆積。作者發(fā)現(xiàn)聚合物PFETVT-T分子骨架在噻吩單元與乙烯基之間具有14.28°的二面角，可以有效的限制聚合物分子骨架之間的強聚集，進而調(diào)控分子之間的預(yù)聚集行為（圖2）。其中PFETVT-T與聚合物受體材料L15具有匹配的能級，互補的吸收光譜和良好的共混膜相容性。將二者共混制備的全聚合物電池獲得了11.81%效率，遠高于基于PETVT-FT的全聚合物電池的效率（1.92%），該工作為有機光伏領(lǐng)域提供全新的低成本構(gòu)筑模塊和給體材料。 


圖1.新型噻吩單體和聚合物的設(shè)計與合成。 


圖2.（a）聚合物PETVT-FT，PFETVT-T和L15的分子結(jié)構(gòu)；（b）聚合物PETVT-FT和PFETVT-T理論模擬；（c）聚合物能級；（d）聚合物在溶液和薄膜狀態(tài)下的紫外吸收光譜；（b）聚合物PETVT-FT和PFETVT-T在溶液狀態(tài)下隨溫度變化的紫外吸收。


  孫會靚教授為論文通訊作者，博士后安明偉和碩士生白晴晴為論文的共同第一作者。以上研究工作得到南方科技大學(xué)郭旭崗教授、廣州大學(xué)牛利和韓冬雪教授、國家納米科學(xué)中心裘曉輝教授、深圳技術(shù)大學(xué)張光燁教授、韓國高麗大學(xué)Han Young Woo教授的大力支持。該成果得到國家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)杰出青年基金、廣東省自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金和深圳市自然學(xué)基金和華南理工大學(xué)發(fā)光材料與器件國家重點實驗室基金的經(jīng)費支持。


  文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202301110

  廣大牛利&孫會靚教授團隊主頁：http://caas.gzhu.edu.cn

  南科大郭旭崗教授團隊主頁：https://faculty.sustech.edu.cn/guoxg

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