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  相比于其他類(lèi)型的有機(jī)太陽(yáng)能電池，全聚合物太陽(yáng)能電池（all-PSCs）因其具有良好的光熱穩(wěn)定性和優(yōu)異的機(jī)械柔韌性而受到廣泛關(guān)注。隨著“聚合化小分子受體（PSMAs）”這一策略的提出，經(jīng)過(guò)近些年的快速發(fā)展，all-PSCs的能量轉(zhuǎn)換效率（PCE）已超過(guò)16%。然而，一方面，報(bào)道的大多數(shù)給體-受體（D-A）型PSMAs表現(xiàn)出有限的電子遷移率（μ_es ≈10^-4~10^-5 cm² V^-1 s^-1），這限制了電子的傳輸/收集；另一方面，低數(shù)均分子量（M_n ≈7~15 kDa）的PSMAs也會(huì)影響到器件長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性以及未來(lái)柔性可拉伸器件的應(yīng)用。因此，開(kāi)發(fā)兼具高電子遷移率和高分子量的聚合物受體至關(guān)重要。

圖1.（a）all-PSCs中的聚合物受體化學(xué)結(jié)構(gòu)和器件結(jié)構(gòu)示意圖；（b）錫化單體BSeI-Tin和（c）聚合物受體的合成路線圖。

  在近年來(lái)研究中，南方科技大學(xué)郭旭崗教授團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)雙噻吩酰亞胺及其衍生物是一類(lèi)發(fā)展高性能D-A型n-型聚合物的優(yōu)秀基元（Acc. Chem. Res. 2021, 54, 3804-3817）。除了傳統(tǒng)的D-A高分子骨架構(gòu)建策略之外，最近興起的受體-受體（A-A）型策略已經(jīng)被證實(shí)為發(fā)展共面性高、能級(jí)低和遷移率高的n-型聚合物有效方法之一。在此基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)發(fā)展了錫化雙噻吩酰亞胺（BTI-Tin），基于此制備了一系列A-A型n-型聚合物（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 14449-14457; Adv. Mater. 2020, 32, 2004183; J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 1539-1552; Adv. Mater. 2021, 33, 2102635; Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202214192; Adv. Mater. 2023, 35, 2210847），并大幅度提升了有機(jī)電子器件的性能。

  為了更好的比較PY5-BSe和PY5-BSeI的電子傳輸性質(zhì)，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管（OTFT，圖3a-b）和空間電荷限制電流法（SCLC，圖3c）分別測(cè)試了兩個(gè)聚合物受體的電子遷移率。經(jīng)過(guò)器件優(yōu)化后，PY5-BSeI測(cè)得的最大電子遷移率分別為μ_e,OTFT =0.29 cm² V^-1 s^-1和μ_e,SCLC =1.03×10^-3 cm² V^-1 s^-1，遠(yuǎn)高于PY5-BSe（μ_e,OTFT =0.066 cm² V^-1 s^-1和μ_e,SCLC =3.81×10^-4 cm² V^-1 s^-1）。隨后通過(guò)對(duì)掠入式廣角X射線衍射（GIWAXS）進(jìn)行分析（圖3d-f）發(fā)現(xiàn)，PY5-BSeI薄膜表現(xiàn)出更高的結(jié)晶度，這與其更高的電子遷移率結(jié)果是一致的。

圖3.（a-b）聚合物受體在有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的轉(zhuǎn)移曲線圖；（c）聚合物受體通過(guò)SCLC測(cè)試的電子遷移率曲線圖；（d-f）聚合物受體薄膜的二維和一維GIWAXS圖。

圖4.（a）優(yōu)化all-PSC器件的J-V曲線；（b）PCE與M_n的關(guān)系圖；（c）優(yōu)化all-PSC器件的EQE曲線；（d）15個(gè)器件效率統(tǒng)計(jì)分布圖；（e）共混膜的SCLC電子遷移率；（f）共混膜的SCLC空穴遷移率。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202308306

  郭旭崗教授課題組網(wǎng)址：https://faculty.sustech.edu.cn/guoxg/