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【引言】

聚合物充電機(jī)充電蓄電池具有價(jià)低、質(zhì)量輕、大面積制備和柔性等優(yōu)點(diǎn)，因此受到了研究者的廣泛關(guān)注。在大多數(shù)塊體異質(zhì)結(jié)聚合物充電機(jī)充電蓄電池中，一般將p-型共軛聚合物作為給體材料， n-型半導(dǎo)體作為受體材料。受體材料中研究最多的為富勒烯衍生物，如PC61BM和PC71BM，這些材料具有高的電子親和力和優(yōu)秀的電荷傳輸能力。如今，富勒烯基聚合物充電機(jī)充電蓄電池的效率已經(jīng)超過10%。盡管該類充電機(jī)充電蓄電池性能表現(xiàn)優(yōu)異，但是富勒烯衍生物材料仍然存在許多缺點(diǎn)，比如昂貴的制備成本和復(fù)雜的純化過程、可見光區(qū)吸收弱、帶隙不可調(diào)和晶形穩(wěn)定性差。

相反，由于非富勒烯受體材料具有易于合成、可見光區(qū)吸收強(qiáng)、能帶易調(diào)和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，逐步成為一類有望替代富勒烯基受體的新興材料。在過去的幾年，大量的非富勒烯受體材料和缺電子基團(tuán)合成，例如芳酰亞胺、茚滿二酮、苯并噻二唑等。到目前為止，非富勒烯聚合物充電機(jī)充電蓄電池的效率已經(jīng)達(dá)到11%。然而，大部分效率超過10%的器件，其使用的給體材料很局限，主要集中在1,3-bis(thiophen-2-yl)- 5,7-bis(2ethylhexyl)benzo-[1,2-c:4,5-c′]dithiophene-4,8-di和benzotrazole基聚合物這兩種給體材料。因此，探索更加有效的聚合物給體材料對(duì)于推動(dòng)非富勒烯聚合物充電機(jī)充電蓄電池的發(fā)展是至關(guān)重要的。

【成果簡(jiǎn)介】

近日，蘇州大學(xué)張茂杰教授團(tuán)隊(duì)在Adv. Mater.上發(fā)表了一篇題為: “High Efficiency Nonfullerene Polymer Solar Cells with Thick Active Layer and Large Area”的文章。該團(tuán)隊(duì)利用PTZ1作為給體材料，IDIC作為受體材料制備出倒置的聚合物充電機(jī)充電蓄電池。在AM 1.5G 光照下，器件效率達(dá)到11.5%，開路電壓0.92V，短路電流16.4 mA/cm2，填充因子76.2%。同時(shí)，該器件對(duì)于活性層厚度75-210 nm區(qū)域不敏感，器件的面積也從0.04擴(kuò)展到0.81cm2，這有利于器件的大面積制備。

【圖文導(dǎo)讀】

圖 1：聚合物充電機(jī)充電蓄電池化學(xué)式、吸收譜和能帶圖

(a). PTZ1和IDIC的化學(xué)式；

(b). PTZ1和IDIC薄膜的吸收譜；

(c). PTZ1和IDIC的能帶圖。

圖 2：聚合物充電機(jī)充電蓄電池器件光電性能表征

(a). 熱處理前和熱處理后的J-V充電機(jī)蓄電池充放電曲線；

(b). 熱處理前和熱處理后的EQE充電機(jī)蓄電池充放電曲線;

(c). 熱處理前和熱處理后的吸收譜；

(d). 熱處理前和熱處理后的光電流和有效電壓的關(guān)系充電機(jī)蓄電池充放電曲線；

(e, f). 熱處理前和熱處理后的光電流和開路電壓與光照強(qiáng)度的關(guān)系充電機(jī)蓄電池充放電曲線。

圖 3：聚合物充電機(jī)充電蓄電池 2D GIXD圖和散射剖面圖

(a).PTZ1和IDIC的2D GIXD圖；

(b). PTZ1, IDIC和PTZ1:IDIC薄膜的散射剖面圖。

圖 4：聚合物充電機(jī)充電蓄電池器件的性能表征

(a). 器件的J-V充電機(jī)蓄電池充放電曲線；

(b). 器件的EQE充電機(jī)蓄電池充放電曲線；

(c). 器件效率與活性層厚度的關(guān)系充電機(jī)蓄電池充放電曲線；

(d). 不同活性層厚度器件的J-V充電機(jī)蓄電池充放電曲線。

【小結(jié)】

研究者利用寬帶隙聚合物PTZ1作為給體材料，窄帶隙小分子材料IDIC作為受體材料，成功制備出效率高度11.5%的聚合物充電機(jī)充電蓄電池。該研究表明PTZ1和IDIC這兩種材料應(yīng)用于高效非富勒烯聚合物充電機(jī)充電蓄電池和器件大面積制造方面具有廣闊前途。