叶龙/陈雨JMCA热点论文：协同优化双聚合物给体型三元有机光伏电池的效率与拉伸性
【文章信息】
协同优化双聚合物给体型三元有机光伏电池的效率与拉伸性
第一做者：李明飞
通信做者：叶龙传授*，陈雨副研究员*
单元：天津大学，中国科学院高能物理研究所
【研究布景】
目前为行，研究人员已经开发了良多战略来提拔有机光伏电池（OSCs）的能量转换效率。三元共混能显著降低器件造备的复杂性和消费成本，遭到了范畴内越来越多的存眷，被认为是优化聚合物给体与小分子受体二元共混系统效率最为有效的战略。当前，三元OSCs中最常用且性能更好的活性层凡是由聚合物给体与两个小分子受体共混而成。而基于双聚合物给体和小分子受体的OSCs停顿却远远落后。迄今为行，只要少数双聚合物给体型三元OSCs比响应的二元OSCs具有更好的性能。那次要是聚合物彼此缠结而招致的复杂相形态难以控造，难以构成利于电荷别离与传输的混合相。此外，优选出在能级、吸收光谱、空穴迁徙率和相形态等方面完美婚配的两种聚合物给体是范畴内面对的一大挑战，那严峻造约了双聚合物给体型三元共混系统的开展。
【文章简介】
近日，来自天津大学的叶龙传授与中国科学院高能物理研究所的陈雨副研究员展开合做，在国际出名期刊Journal of Materials Chemistry A上颁发题为“Synergistic Optimization of Mechanical and Photovoltaic PRoPErties in Ternary Organic Solar Cells from a Two‐donor Polymer Blend”的研究论文，并入选该期刊热点论文（HOT Paper）。该项研究得到了国度天然科学基金、天津化学化工协同立异中心以及天津大学北洋学者英才方案等基金的经费帮助。同步辐射X射线散射测试得到了北京同步辐射安装1W1A漫散射尝试站的鼎力撑持。
该工做通过在聚合物:非富勒烯小分子共混系统PM6:N3中引入少量的半次晶性聚合物给体PTQ10，实现了光伏与力学性能的协同优化，并研究了新聚合物给体组分的参加对三元共混系统的力学和光伏性能的影响，提醒了此类三元共混系统中薄膜构造和力学性能之间的内在关系。此外，做者证了然等效盒模子能够有效地预测那类三元共混系统的弹性模量变革趋向（图1），那为其他多组分有机光伏共混系统的研究供给了参考。
图1.半次晶性聚合物给体PTQ10的引入对有机光伏电池活性层力学/光伏性能的影响
【本文要点】
要点一：婚配双聚合物给体实现对光伏与拉伸性能的协同优化
基于前期提出的分子有序性划分尺度，做者引入2D半次晶性的共轭聚合物PTQ10（图2）做为第三组分来调控三元OSCs的相形态和性能。当向共混系统中参加适量（20wt%）的PTQ10时，器件光伏效率得到提拔。与二元系统比拟，三元共混系统具有更好的短路电流密度（Jsc）、开路电压（Voc）和填充因子（FF）。做者通过FOE和PFQNM等薄膜力学表征发现，当PTQ10的含量为20wt%时共混薄膜的断裂伸长率也到达更优。
图2. 聚合物给体PM6和PTQ10的分子有序性阐发。
要点二：成立三元共混系统微不雅构造与光伏/力学性能之间的关系
基于北京同步辐射安装1W1A漫散射尝试站的GIWAXS表征（图3），做者发现PTQ10的参加招致的分子有序性变革是性能进步的次要原因。与PM6比拟，PTQ10具有更简单的构造以及更有序的分子摆列。少量（20wt%）PTQ10的添加促进了分子间π-π堆积以及链缠结。在拉伸过程中，高分子链的解缠结以及π-π堆积构造的毁坏则需要更多能量。同时，三元系统中更有序的分子摆列和更高的π-π堆积强度有利于器件光伏性能的提拔。
图3. 三元共混薄膜的AFM、GIWAXS表征及数据解析。
要点三：预测双聚合物给体型三元有机光伏共混系统的弹性模量
从高分子物理原理动身，做者通过等效盒模子停止了三元共混系统弹性模量的构成依赖性的预测，即可通过简单地输入单组分薄膜的弹性模量数据实现对那类三元共混系统的弹性模量预测（图4）。那项工做为目前三元有机光伏共混系统的研究供给了一些新的启发。
图4. 双聚合物给体型三元有机光伏共混系统的弹性模量预测模子
【文章链接】
“Synergistic Optimization of Mechanical and Photovoltaic Properties in Ternary Organic Solar Cells from a Two‐donor Polymer Blend”
https://doi.org/10.1039/D2TA10091F
【通信做者简介】
叶龙简介：天津大学英才传授、博导，2020年入选国度高条理青年人才方案。现次要处置有机/高分子光电功用质料的凝聚态构造表征与调控以及构效关系方面的研究。做为负责人承担北京同步辐射安装、上海光源、澳大利亚光源、国度卵白量科学研究（上海）设备以及中国散裂中子源等国表里大科学安装的10余项课题。
以第一做者/通信做者在Nat. Mater.（1篇）、Joule（3篇）、Adv. Mater.（8篇）、Matter（1篇）、 Angew. Chem. Int. Ed.（2篇）、Aggregate（4篇）、Mater. Today（2篇）、Adv. Energy Mater. (10篇)、Adv. Funct. Mater. (5篇)、Sci. China Chem.（3篇）、Macromolecules（5篇）等国际出名期刊颁发论文80余篇，在英文专著中撰写了4篇章节。全数论文引用次数超越16000, H-因子64，先后入选英国皇家化学会高被引做者以及 J. Mater. Chem. A、Chem. Commun.、Sci. China Chem.、Chin. J. Chem.、Mater. Today Energy等多个期刊的新锐科学家。2019-2022 年持续四年入选科睿唯安-全球高被引科学家，在 2022 RSC PreDoc Symposium 被评为优良导师。
陈雨简介：中国科学院高能物理研究所副研究员，北京同步辐射安装1W1A漫散射尝试站运行负责人。目前次要处置研究标的目的为同步辐射光束线手艺应用，出格是操纵掠入射X射线散射办法开展薄膜质料的构造表征。主持及参与多项国度重点研发方案课题、国度天然科学基金项目、中科院维修革新项目、中科院修购专项等基金项目。
【第一做者介绍】
李明飞，2021年本科结业于合肥工业大学高分子质料与工程专业，目前在天津大学质料学院叶龙传授指点下攻读硕士学位，做为第一做者在J. Mater. Chem. A颁发一篇论文。
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