AFM: 通过减少供体三元共聚物中的骨架紊乱实现19.4%效率的聚合物太阳能电池

三元共聚策略已成为开发聚合物太阳能电池（PSC）中高效供体聚合物的一种有前途的策略。基于星型聚合物PM6的三元共聚物已经实现了良好的光伏性能。然而，PM6中氟取代苯并二噻吩（F-BDT）单元的复杂合成和骨架无序引起的熵增加等挑战阻碍了高性能给体三元共聚物的构建。在这项研究中，我们选择了具有成本效益的氯化取代苯并二噻吩单元（Cl-BDT）作为F-BDT的替代品，并将大偶极矩和缺电子TPD基团作为第三组分加入PM7的高性能供体聚合物中，从而解决了这些难题。正如预期的那样，这种方法在提高结晶度的同时有效抑制了三元共聚物骨架的无序性，从而优化了形态并改善了电荷的产生和传输。值得注意的是，基于PM7-TPD-10的器件在替换了10%的TPD后，功率转换效率（PCE）达到了18.26%。在D18:L8-BO混合物中引入PM7-TPD-10作为第三种成分后，实现了将效率提高到19.40% 的双重机制。这项工作表明，以高偶极分子作为第三组分构建三元共聚物是抑制骨架无序和提高结晶度的重要策略，有利于优化形态和器件性能。

图文简介

a )给体三元共聚物和L8-BO的化学结构；b )三元共聚物的合成路线；c ) BDD和TPD单体的DFT计算结果，包括静电势分布、计算偶极矩的分子构象俯视图和各自能级的前线分子轨道分布。

基于密度泛函理论计算了PM7 (左)和三元共聚物(右)的优化分子构象和前线分子轨道。

a，b )相关材料的稀氯仿溶液( a )和固态薄膜( b )的归一化紫外-可见近红外吸收光谱。；c )给体聚合物的循环伏安测试；d )比较给体聚合物和L8-BO前线分子轨道能级的能量图。

a ) PM7-TPD-10：D18共混物的重量比依赖的PL谱；b )分别以D18、PM7-TPD-10：D18和PM7- TPD-10为活性层的纯受体器件的J-V曲线；c )二元和三元共混物的PL谱；d )两种聚合物给体基三元有机太阳能电池的工作机理图。

共混薄膜的原子力显微镜( AFM )图像

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