聚合物太陽能電池（PSCs）因其具有質(zhì)量輕、柔性強、色彩豐富等優(yōu)點而備受關(guān)注。特別是，近幾年窄帶隙非富勒烯小分子受體材料廣泛應(yīng)用于有機光伏領(lǐng)域，使得PSCs的能量轉(zhuǎn)換效率（PCE）從11%提高到了19%以上，接近理論值。然而，PSC組件在戶外環(huán)境運行時會受到熱應(yīng)力因素影響，通常會使得活性層形貌發(fā)生演變，最終導致器件性能衰減。因此，活性層熱穩(wěn)定性問題是有機太陽能電池實現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用必須妥善解決的科學難題。
近日，武漢大學高等研究院閔杰教授課題組設(shè)計并合成了一種鉸鏈狀二聚體小分子受體材料DT19（圖1a），并將其作為第三組分引入到PM1:BTP-eC9二元體系中，實現(xiàn)了對于初始體系效率和熱穩(wěn)定性的協(xié)同提升。值得一提的是，PM1:BTP-eC9:DT19三元體系在120°C下加熱處理200小時后，其PCE仍保持在90%以上（圖1b）。此外，該二聚體摻雜策略對其他多種Y系列體系也表現(xiàn)出了良好的普適性，且在熱穩(wěn)定性方面的優(yōu)勢明顯優(yōu)于傳統(tǒng)三元合金受體體系。研究發(fā)現(xiàn)DT19具有特殊的鉸鏈式結(jié)構(gòu)，可以與主受體小分子形成半合金受體相，這一結(jié)構(gòu)同時會與聚合物給體之間產(chǎn)生強烈的鏈纏結(jié)作用，有效克服了在熱應(yīng)力下活性層的過大相分離及其小分子材料的過度聚集現(xiàn)象（圖1c）。這種二聚體摻雜策略以及本研究工作的成果可以為分子設(shè)計開發(fā)提供創(chuàng)新的見解，并加快有機光伏技術(shù)實際應(yīng)用的進程。
圖1：（a）DT19的化學結(jié)構(gòu)式；（b）在120°C條件下處理200小時過程中，PM1:BTP-eC9，PM1:BTP-eC9:L8-BO和PM1:BTP-eC9:DT19體系的歸一化PCE變化情況；（c）本工作研究的三元合金體系和三元半合金體系在熱應(yīng)力前后活性層形態(tài)的變化示意圖。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202302592
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