苏州大学《Angew》：目前最佳！效率17.6％的有机太阳能电池

近期，来自苏州大学等单位的研究人员在《Angew. Chem. Int. Ed.》上发表题为“Optimized active layer morphologies via ternary copolymerization of polymer donors for 17.6% efficiency organic solar cells with enhanced fillfactor/通过聚合物供体的三元共聚优化活性层形貌，以制备高填充率和提高17.6％效率的有机太阳能电池”的文章。在本文中，通过将DTBTz单元小心地掺入PM6的分子骨架中，利用一种简单的无规则三元共聚方法来开发三元共聚物供体PM6-Tz20。

本文发现该方法可以适当地调整分子的有序性、取向和聚集特性，并且不会明显影响聚合物供体的吸收和能级，最终改善了填充因子（FF），从而提高了PCE。结果表面，基于PM6-Tz20的OSC实现了高达17.1％的PCE，而FF显着提高了0.77，远高于基于PM6的受控OSC（PCE = 15.7％，FF =0.72）。值得注意的是，在使用Ag（220 nm）代替Al（100 nm）作为阴极的情况下，由于光电流的增加， PCE进一步提高到17.6％。对于迄今为止报告的二维OSC而言，这是最好的结果。本文的工作提供了一种简单而有效的方法来优化OSC的混合形态，以提高光伏性能。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/anie.202010596

图1（a）受体和供体材料的化学结构。  （b）归一化吸收光谱（c）纯膜中受体和供体材料的分子能级图。

图2（a）聚合物供体纯净薄膜和（b）相应的IP（虚线）轮廓和OOP（实线）轮廓的2D GIWAXS轮廓。（c）聚合物供体纯膜的AFM图像。

图3（a）在AM 1.5G，100 mWcm-2的光照下具有不同聚合物供体的Y6基OSC的J-V图，以及（b）相应OSC的EQE曲线。

图4（a）具有不同聚合物供体的基于Y6的共混膜的二维GIWAXS曲线，以及（b）相应的IP和OOP曲线。 （c）以283.4 eV采集的具有不同聚合物供体的Y6基混合膜的厚度和对比度归一化RSoXS轮廓

图5（a）分别为PM6：Y6，PM6-Tz20：Y6和PM6-Tz40：Y6的共混膜的AFM和（b）TEM图像

图6（a）与相关的聚合物供体和Y6受体纯膜相比，共混膜的PL猝灭效率。 （b）Jph对Veff曲线，（c）OSC的Voc对光强度。 （d）通过SCLC方法测量的器件的空穴和电子迁移率。

总之，通过将DTBTz单元结合到PM6骨架中，开发了一种新型的高性能宽带隙三元共聚物供体，即PM6- Tz20。研究发现，这种方法可以适当地调整分子的有序性和聚集特性不会明显影响聚合物的吸收和能级，因此得以进一步优化了基于Y6的活性层的本体形态和相应的器件物理过程，最终提高了FF，然后提高了PCE。在与Y6受体匹配方面，基于PM6-Tz20的OSC与基于PM6的OSC（PCE = 15.7％，FF = 0.72）相比，PCE提高了17.1％，FF显着提高了0.77。值得注意的是，使用Ag（220nm）代替Al（100 nm）作为阴极，由于光电流的增加，PCE进一步提高到17.6％。（文：SSC）