电子给体对有机太阳能电池效率的影响

1、电子给体对OSCs效率的影响主要内容电子给体材料的分类和结构电子给体材料的分类和结构D-AD-A聚合物组成结构对聚合物组成结构对PCEPCE的影响的影响小结小结有机太阳能电池的重要参数有机太阳能电池的重要参数1234有机材料质轻、价廉、柔韧性好有机材料可定向设计、裁剪和合成电池器件制备工艺简单，加工成本低&OPCs的结构Voc：聚合物的HOMO能级越小 开路电压越高Jsc：带隙越窄短路电流越大FF:D-A的混合构象OPC的几个重要参数良好性能的聚合物应该具备HOMO能级约-5.4eV；LOMO能级约为-3.9eV；高的空穴迁移率；优化的结构；良好的溶解性；长期的稳定性。假设FF和IPC

2、E为65%，要获得超过10%光电转化效率电子给体材料的结构影响与PSC相关的能级、带隙、分子内外作用力等提高分子量、溶解性、加工性能稀释声色团密度、扰乱电子堆叠调控主链的电性能传统共轭聚合物给体材料传统共轭聚合物给体材料支撑骨架典型化合物开路电压Voc/eV短路电流Jsc/mA/cm2光电转化效率缺陷聚苯乙烯撑PPVMDMO-PPV0.82eV5-6mA/cm23.3%带隙过大，短路电流小聚噻吩PTP3HT0.6eV10mA/cm26.5%HOMO能级过高，开路电压小最近十年来, 材料开发的重点方向之一是发展窄带隙(小于聚噻吩的带隙1.92.0 eV)的聚合物给体材料, 以能更好地利用近红外区

3、域的太阳光能. 实现窄带隙的策略, 主要有: (1)提高主链的醌式结构;(2)提高主链的共平面性即刚性;(3)采取富电子基团D 和缺电子基团A 的交替共聚.电子给体材料的分类给体与受体内部电荷转移形成窄带隙骨架共轭形成共平面有利用缩小带隙D-A聚合物的特性在于HOMO能级定位在给体部分，LOMO能级定位在受体部分，可以分别调控共轭聚合物的能级和带宽D-A聚合物的结构给体单元的选择 Fluorene具有良好的化学和热稳定性，高电荷载流子迁移率、高吸光系数，具有良好的化学和热稳定性，高电荷载流子迁移率、高吸光系数，易合成及修饰。易合成及修饰。五元五元环能够消除两侧苯环的位阻，改善共轭聚合物的分子内

4、环能够消除两侧苯环的位阻，改善共轭聚合物的分子内作用和堆积。此外由于苯环相对的缺电子它显示非常弱的给电子性。作用和堆积。此外由于苯环相对的缺电子它显示非常弱的给电子性。修饰特定原子典型的受体单元BT有强吸电子能力，噻唑环中氮原子有可能形成氢键进而形成环共平面结构与其组合形成的许多D/A聚合物都表现出低的带隙和优良的光电性质。噻吩环减少了BT和给体芳环之间的位阻增强D-A共轭减小了带隙,同时噻吩环有利于提高空穴迁移有更多的位点可供修饰噻吩环会提高聚合物的HOMO能级取代基的影响氟化有机分子具有良好的热稳定性和氧化稳定性、抗老化性、良好的疏水性全氟化合物具有良好的亲油性。氟原子还能通过C-FH，F

5、-S，C-F键等分子内相互作用。HOMO与LOMO能级减小带隙基本不变Voc/Jsc/FF/PCE分别为0.91V/12.9mA/cm2/0.61/7.2%，均有提高组装的PBnDT-FTAZ电池带隙2.0eVJsc 12mA/cm2活性层为1m时效率6%支链的影响键角计算表明在3处引入后二面角增加最小，空间位阻最小。电子云密度相比初始无太大变化，即能级变化可忽略。增加的支链提高了分子量，且PBDT-4DTBT具有良好的溶解性，与PCBM能形成均匀的混合物，具有良好的成膜性，PCE由最初的0.7%提高到2.2%。小结 基于有机太阳能电池光电转换的基本原理, 理想的聚合物给体材料应该具备:(1)覆盖从紫外至近红外区域宽广的吸收谱带; (2)具备理想的HOMO和LUMO能级. 假如使用 PCBM 作为电子受体材料, 聚合物的 HOMO能级低于5.20 eV; (3)聚合物膜的微结构具备强的载流子传输能力, 即具备高的载流子迁移率; (4)和 PCBM共混后容易形成有利于光电转化的微结构, 比如宽广的异质结界面。 今后的材料设计, 除了继续关注材料的光吸收能力外, 应该同时考虑材料凝聚态结构和载流子迁移能力. 影响这方面的因素很多, 除了制备和