設計了兩種基于雙噻吩酰亞胺的n-型聚合物受體材料(見圖a)。這兩種材料在場效應晶體管中都能達到1 cm2 V?1 s?1 左右的電子遷移率,但是其分子結構的微小變化對太陽能電池性能有巨大影響。研究發現,通過并環的方式將雙噻吩酰亞胺結合起來,能夠極大的提升聚合物太陽能電池的器件性能,能量轉換效率最高可達到6.85%,同時實現較大的開路電壓1.04 V(見圖b),這是萘(苝)酰亞胺體系以外的聚合物太陽能電池的最好結果。
? 通過一系列材料和器件表征手段發現,雙噻吩酰亞胺并環使得聚合物半導體具有更窄的帶隙、更低的導帶能級、更高的共面性和結晶度,從而使得并環聚合物半導體具有更高的電子遷移率。同步輻射表明,并環使得高分子半導體在場效應晶體管和太陽能電池器件中具有更合適的分子空間取向(圖 2),從而有利于電荷的有效提取,取得更大的電流值和實現更高的能量轉化效率。研究結果表明并環設計是實現高性能聚合物n-型材料的有效途徑,為新型受體材料設計提供重要參考依據。
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