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前言回顾

近年来，有机太阳能电池（OSCs）因其机械柔性高、重量轻、半透明等优点而备受关注。基于给体：受体混合物的体异质结（BHJ）OSCs器件的功率转换效率（PCE）目前已经超过19%。开发用于有效激子离解和电荷传输的双连续形态网络是BHJ器件获得高性能的关键。然而，BHJ共混膜中的大规模非混合相分离和给体/受体界面处的分子错位取向对激子离解往往不利。更糟糕的是，在长时间的光老化或热老化后，光活性混合物的平衡形貌通常是不稳定的。例如，共混物形貌从动力学陷阱状态演变为热力学稳定状态，形成聚集和给体/受体界面萎缩，产生大规模的孤立域和相分离，导致OSCs的效率和寿命严重退化。基于共轭嵌段共聚物（CBCs）的单组分有机太阳能电池（SCOSCs）通过共价键合聚合物给体和聚合物受体，由于形成了有利和稳定的形态，在开发高性能稳定的OSCs方面潜力巨大。然而，目前CBCs序列结构引起的组装行为对器件性能的影响仍然模糊不清。

图1. 共轭嵌段共聚物合成、性状特色以及器件制备

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文献简介

基于上述的挑战，近日，南昌大学谌烈教授团队通过精确调控聚合物给体/受体嵌段的序列长度和分布规律，设计并合成了一系列新型CBCs，D18-b-PYIT，从而进一步提高SCOSCs的性能。研究人员根据不同聚合时间（20、40和60分钟）的D18嵌段单元和确定的聚合5小时的PYIT嵌段单元，合成了三批D18(20)-b-PYIT、D18(40)-b-PYIT和D18(60)-b-PHYT嵌段共聚物。此外，研究人员还使用传统的一锅聚合，通过D18嵌段单元与PYIT单体（2,5-双（三甲基锡基）噻吩和Y5-2Br）进行40分钟的聚合，制备了D18(40)-b-PYIT(r)嵌段共聚物。

图2. 不同共聚物的光伏性能比较

随后，研究人员系统地研究了基于CBCs的光活性层的序列长度和分布对分子空间几何形状、膜堆叠排列、光电性能和最终器件性能的影响。结果显示，由于聚合物嵌段的适当序列长度和有序分布，基于D18(40)-b-PYIT的器件实现了13.4%的最佳PCE，相对于序列长度较短的D18(20)-b-PYIT（PCE=8.19%）和序列分布不太有序的D18(40)-b-PYIT(r)类似物（PCE=8.43%），显示出近60%的增强。事实上，13.4%的PCE是迄今为止报道的SCOSCs的最高效率之一。此外，基于D18(40)-b-PYIT的器件表现出最佳的稳定性，在连续照明下运行480分钟后，仍能保持初始效率92.52%。更重要的是，由于D18(40)-b-PYIT的成膜动力学和机械性能，因而有利于制备大面积刚性和柔性器件。为此，研究人员随后制备了大面积器件和基于叶片涂层的柔性器件。基于D18(40)-b-PYIT的印刷大面积（1.21 cm2）刚性和柔性器件的效率分别为11.62%和10.73%，远高于相应二元器件的10.18%和8.62%。这些结果表明，调控CBCs的序列结构是一种有效的策略，可以同时提高SCOSCs的综合性能，如效率、稳定性、机械性能、易于印刷的工艺以及相应的大面积柔性器件，为未来商业化应用指明了新方向。

图3. 器件形貌表征与分子堆积模拟

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文献总结

综上，该工作的相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》上，题为“Regulating the Sequence Structure of Conjugated Block Copolymers Enables Large-Area Single-Component Organic Solar Cells with High Efficiency and Stability”。

本文关键词：有机太阳能电池，单组分有机太阳能电池，共轭嵌段共聚物，大面积器件。

转自：“有机钙钛矿光电前沿”微信公众号

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