Bayangkan masa depan di mana skrin telefon kami, fasad bangunan, dan juga khemah -khemah dengan mudah dapat menjana elektrik - prestasi yang dimungkinkan oleh potensi besar sel solar polimer (PSC). Berbanding dengan silikon tradisional - panel solar berasaskan, PSC, dengan kelebihan unik mereka yang ringan, fleksibel, dan penyelesaian - boleh dicetak untuk fabrikasi peranti besar -, telah menjadi bintang yang semakin meningkat di medan tenaga baru. Walau bagaimanapun, kesesakan teras untuk mencapai aplikasi komersil terletak pada meningkatkan kecekapan penukaran fotoelektrik (PCE). Sepanjang dekad yang lalu, PCE telah melonjak dari sekitar 1% hingga lebih dari 11%, dan salah satu daya penggerak utama di belakang ini adalah reka bentuk dan pengoptimuman bahan fotovoltaik polimer prestasi tinggi -.
1. Dari polythiophene ke d - kopolimer
Penyelidikan awal memberi tumpuan kepada homopolimer polythiophene seperti P3HT, tetapi spektrum penyerapan sempit mereka dan kecekapan terhad Homo yang tinggi. Penyelidik telah melepasi batasan ini melalui reka bentuk molekul: Sebagai contoh, memperkenalkan dua cawangan konjugasi dimensi - seperti bishiophene etilena ke polythiophene bukan sahaja memperluas spektrum penyerapan tetapi juga menurunkan tahap homo, peranti, meningkatkan kecekapan dari 2.41% hingga 3.18%. Strategi lain adalah untuk mengurangkan bilangan rantai alkil dan memperkenalkan kumpulan pengeluaran elektron - seperti kumpulan ester, yang juga dapat menurunkan tahap tenaga HOMO dan meningkatkan VOC dengan ketara (misalnya, PDGBT mencapai 0.91 V) dan kecekapan (7.2%).
2. Benzodithiophene (BDT)
Kejayaan yang benar -benar revolusioner datang dari penderma - penerima (D - a) Struktur kopolimer bergantian. Antaranya, unit benzodithiophene (BDT) menonjol kerana pesawat konjugasi yang besar, mobiliti tinggi, dan pengubahsuaian struktur yang mudah. Pada tahun 2008, penyelidik Hou Jianhui mempelopori penggunaan BDT dalam D - Reka bentuk polimer dalam kumpulan penyelidikan Yang. Seterusnya, gabungan Bdt dan thiophene [3,4- b] thiophene (tt) menjadi pasangan emas untuk bahan berprestasi tinggi.
Untuk terus meneroka potensi BDT - seperti polimer, dua - cawangan konjugasi dimensi dan strategi fluorination boleh diterima pakai:
Memperkenalkan dua cawangan konjugasi dimensi - ke dalam unit BDT sangat memperluaskan kawasan konjugasi elektron π - molekul. Ini bukan sahaja meningkatkan interaksi intermolecular dan mengenakan keupayaan pengangkutan tetapi juga memodulasi spektrum penyerapan dan tahap tenaga molekul. Sebagai contoh, pbdttt - c - t, ptb7 - th, dan kemudian pbdt-ts1, yang mencapai kejayaan kecekapan lebih dari 10%, semuanya mendapat manfaat daripada reka bentuk ini.
Selektif memperkenalkan elektron kuat - mengeluarkan atom fluorin ke rantai sampingan atau unit penerima TT BDT boleh secara sinergis dan ketara mengurangkan tahap tenaga homo polimer, dengan itu meningkatkan voltan litar terbuka - peranti. Dari PBT - dari PBT-3F, kerana bilangan atom fluorin meningkat, VOC meningkat dari 0.56 V hingga 0.78 V, dan kecekapan melompat dari 4.5% hingga 8.6%.
3. Kawalan morfologi
Prestasi tinggi bergantung bukan sahaja pada bahan itu sendiri, tetapi juga pada struktur mikro heterojunction pukal yang dibentuk oleh campuran penderma/penerima dalam lapisan aktif. Morfologi perlu betul: Jika rantau fasa terlalu besar, excitons akan digabungkan semula sebelum mereka dapat memisahkan; Sekiranya rantau fasa terlalu kecil, caj bebas juga akan mudah dikombinasikan. Penyelidik telah meneroka dua pendekatan untuk mengawal campuran polimer:
Pemprosesan pelarut hijau: Untuk mengelakkan pelarut halogenasi toksik, para penyelidik meneroka penggunaan pelarut hijau seperti O - xylene dan O - methyl anisole (ma), digabungkan dengan bahan tambahan tertentu (seperti nmp)
Pengoptimuman Struktur Molekul: Dengan merancang untuk menjadikan tulang belakang polimer lebih linear, meningkatkan kawasan konjugasi, atau menyesuaikan rantai sisi alkil yang halus, pembungkusan kristal dan molekul polimer dapat dikawal secara aktif, dengan itu memperoleh morfologi campuran ideal.
Sebagai komponen penting tenaga hijau, bahan fotovoltaik polimer memimpin trend transformasi tenaga dengan sifat dan kelebihan unik mereka. Dengan kemajuan teknologi yang berterusan dan pengembangan pasaran, bahan fotovoltaik polimer akan menunjukkan prospek aplikasi yang lebih luas dan potensi pasaran yang besar pada masa akan datang. Marilah kita menantikan bahan fotovoltaik polimer yang membawa penyelesaian tenaga yang lebih bersih, lebih cekap, dan mampan kepada masyarakat manusia!
