上海交通大学 钟洪亮 AM: 通过聚氟化物聚合物和多氟溶剂的协同作用,实现效率超过19%的二元有机太阳能电池

合理的分子设计和合适的器件工程是提高有机太阳能电池（OSC）效率的两大重要策略。然而，这两种方法都是独立开发的，而它们的协同作用被认为更有成效。本文首次在共轭聚合物侧链中引入了支化聚氟化物分子--七氟异丙氧基。与传统的烷基链相比，这种多氟化物链由于具有很强的极化作用和氟诱导的相互作用，可使聚合物PF7具有很高的堆积有序度和很强的结晶性，同时还保留了良好的溶解性和适度的混溶性。因此，PF7的光伏性能全面超越了最先进的聚合物PM6。更重要的是，根据七氟异丙氧基基团在氟溶剂中的溶解性，提出了一种新的后处理方法，称为氟溶剂气相退火（FSVA），以匹配PF7。与现有的后处理方法不同，FSVA可选择性地重组氟聚合物分子，但对共混薄膜中的小分子影响较小。通过利用含氟聚合物和含氟溶剂的协同作用，该装置实现了19.09%的出色效率，是二元OSC中效率最高的装置之一。聚合物PF7和FSVA处理在不同材料组合或器件结构的各种OSC中具有出色的通用性。

图文简介

a) 含氟聚合物与含氟溶剂后处理的协同作用示意图。b) PF7 的合成路线。

a ) PM6和PF7在溶液中的吸收光谱。b ) PM6和PF7的能级图。c ) PM6和PF7薄膜的1D掠入射广角X射线衍射( GIWAXS )曲线。d )铸态PM6和PF7纯膜的原子力显微镜( AFM )高度图像。e ) L8BO，L8BO + PM6和L8BO + PF7溶液的1H NMR谱。f ) PF7，L8BO和L8BO + PF7溶液的19F NMR 光谱。g ) PF7和PF7 + L8BO在CDCl3溶液中的19F扩散有序光谱( DOSY )。

a )最优器件的J-V曲线和b )相关的外量子效率( EQE )光谱。c )能量损失和d )载流子迁移率的直方图；e ) Jsc和Voc随光强的变化；f ) PM6：L8BO -和PF7：L8BO基器件在不同后处理方式下的瞬态光电流( TPC )和瞬态光电压( TPV )衰减曲线。

a ) PF7纯膜的吸收光谱；b ) PF7：L8BO共混膜经FSVA处理前后的吸收光谱；c ) FSVA处理后PF7膜的AFM高度图。

PCE 与 a) 聚合物锰和 b) 最佳器件活性层厚度的关系。c )用邻二甲苯溶剂处理的最优器件的J-V曲线。d )基于PM6：受体，PF7：受体( TA )和PF7：受体( FSVA )的PCEs的统计。

论文信息

通讯作者：Hongliang Zhong