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鮑哲南院士，最新Nature子刊！

來源：時間：2024-03-15 11:25:39 瀏覽：1825次

第一作者：Yilei Wu

通訊作者：鮑哲南院士

通訊單位：斯坦福大學

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-46493-4.

研究背景

聚合物太陽能電池（PSCs）作為一種非常規的可再生能源，由于其低成本的溶液處理、重量輕、半透明等獨特的優點，引起了科研人員的極大興趣。其中，由聚合物供體和聚合物受體組成的全聚合物太陽能電池（all-PSCs）具有優越的形態、熱穩定性和機械穩定性，可在更廣泛的條件下加工，使其成為印刷技術的理想選擇。基于此，斯坦福大學鮑哲南院士等人報道了一種基于雙噻唑連接劑的高性能聚合物受體（PY-BTz），其性能與SMAs相當。對比寡硫吩-連接的PSMAs（PY-2T），由A-DAD-A型構建塊和4, 4'-二氧基-5, 5'-雙噻唑（BTz）作為π-連接劑組成的PY-BTz具有顯著增強的電子遷移率和本質上較低的能量無序性。由于更好的聚合物主鏈共平面性，導致更好的分子內共軛和更強的鏈間填充。

文章要點

1、對比二噻吩（2T），BTz由于其獨特的幾何和電子性質，是一種很有前途的π橋連接單元：1）S(噻唑基)···O(烷氧基)吸引作用促進非共價構象鎖，具有廣泛的π共軛和高分子序；2）將(噻唑)N與(噻吩)C-H交換，消除相鄰芳烴單元間的排斥性C-H··H-C相互作用，降低空間位阻，從而進一步改善π共軛、π堆積和堆積順序；3）噻唑的缺電子性質抵消了烷氧基給電子特性，降低了受體聚合物的最高已占據分子軌道（HOMO）能量，提供了更好的空氣穩定性。

2、作者還研究了不同氟化程度的供體聚合物（PBDB-TF_x，x=0、0.25、0.50、0.75和1）對全聚酰聚烯烴共混形態和光伏性能的影響，其中PBDB-TF_0.25可獲得最佳的共混相和能級匹配。PBDB-TF_0.25: PY-BTz基器件的功率轉換效率（PCE）最高，達到16.4%（PCE_ave=16.0±0.2%），顯著高于PY-2T（9.8±0.1%）。在環境條件下，溶液剪切制備的器件的PCE高達14.7（PCE_ave=13.9±0.6%），并觀察到器件的長時間穩定性，在適用于可擴展印刷技術下制備的太陽能電池中最高值。

3、研究表明，BTz獨特的結構和電子特性使其成為聚合物受體中很有前途的π橋連接單元，并表明通過π橋連接優化和非共價鍵相互作用，具有更多平面和剛性骨架構象的共軛聚合物可以同時獲得高電子遷移率，良好的聚合物共混性和最小的印刷OPVs性能損失。

圖文展示