氯取代近红外双缆共轭高分子材料与低能量损失单组分有机太阳能电池

李若男 梁世洁 许韵华 张翠芬 唐正 刘柏侨 李韦伟

引用本文: 李若男, 梁世洁, 许韵华, 张翠芬, 唐正, 刘柏侨, 李韦伟. 氯取代近红外双缆共轭高分子材料与低能量损失单组分有机太阳能电池[J]. 物理化学学报, 2024, 40(8): 230703. doi: 10.3866/PKU.WHXB202307037 shu
Citation:  Ruonan Li, Shijie Liang, Yunhua Xu, Cuifen Zhang, Zheng Tang, Baiqiao Liu, Weiwei Li. Chlorine-Substituted Double-Cable Conjugated Polymers with Near-Infrared Absorption for Low Energy Loss Single-Component Organic Solar Cells[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2024, 40(8): 230703. doi: 10.3866/PKU.WHXB202307037 shu

氯取代近红外双缆共轭高分子材料与低能量损失单组分有机太阳能电池

    通讯作者: 许韵华, yhxu@bjtu.edu.cn; 刘柏侨, liubaiqiao@bjtu.edu.cn; 李韦伟, liweiwei@iccas.ac.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 52073016

    国家自然科学基金 22105180

摘要: 近红外型双缆共轭高分子材料的光电转换效率(PCE)已经超过了10%,然而较大的能量损失限制了其性能的进一步提升。本工作中,我们合成了两个氯取代的近红外双缆共轭聚合物材料,分别命名为as-DCPIC-Cl和as-DCPIC-2Cl。氯原子的引入使得单组分有机太阳能电池的能量损失低至0.57 eV。其中,基于as-DCPIC-Cl的器件实现了10.14%的PCE,为基于非稠环电子受体的双缆共轭聚合物的最高性能。研究表明,氯原子在实现高性能单组分有机太阳能电池方面具有重要的作用。

English

    1. [1]

      Li, G.; Zhu, R.; Yang, Y. Nat. Photon. 2012, 6, 153. doi: 10.1038/nphoton.2012.11

    2. [2]

      Lin, Y.; Li, Y.; Zhan, X. Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 4245. doi: 10.1039/C2CS15313K

    3. [3]

      Roncali, J.; Grosu, I. Adv. Sci. 2019, 6, 1801026. doi: 10.1002/advs.201801026

    4. [4]

      He, Y.; Wang, B.; Lüer, L.; Feng, G.; Osvet, A.; Heumüller, T.; Liu, C.; Li, W.; Guldi, D. M.; Li, N.; et al. Adv. Energy Mater. 2021, 12, 2103406. doi: 10.1002/aenm.202103406

    5. [5]

      Xia, D.; Li, C.; Li, W. Chem. Rec. 2019, 19, 962. doi: 10.1002/tcr.201800131

    6. [6]

      Roncali, J. Chem. Soc. Rev. 2005, 34, 483. doi: 10.1039/b415941c

    7. [7]

      He, Y.; Li, N.; Heumüller, T.; Wortmann, J.; Hanisch, B.; Aubele, A.; Lucas, S.; Feng, G.; Jiang, X.; Li, W.; et al. Joule 2022, 6, 1160. doi: 10.1016/j.joule.2022.05.008

    8. [8]

      He, Y.; Li, N.; Brabec, C. J. Org. Mater. 2021, 3, 228. doi: 10.1055/s-0041-1727234

    9. [9]

      He, Y.; Heumüller, T.; Lai, W.; Feng, G.; Classen, A.; Du, X.; Liu, C.; Li, W.; Li, N.; Brabec, C. J. Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1900409. doi: 10.1002/aenm.201900409

    10. [10]

      刘柏侨, 许韵华, 夏冬冬, 肖承义, 杨兆凡, 李韦伟. 物理化学学报, 2021, 37, 2009056. doi: 10.3866/PKU.WHXB202009056Liu, B.; Xu, Y.; Xia, D.; Xiao, C.; Yang, Z.; Li, W. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37, 2009056. doi: 10.3866/PKU.WHXB202009056

    11. [11]

      Wu, Y.; Fan, Q.; Fan, B.; Qi, F.; Wu, Z.; Lin, F. R.; Li, Y.; Lee, C.-S.; Woo, H. Y.; Yip, H.-L.; et al. ACS Energy Lett. 2022, 7, 2196. doi: 10.1021/acsenergylett.2c01082

    12. [12]

      Li, S.; Yuan, X.; Zhang, Q.; Li, B.; Li, Y.; Sun, J.; Feng, Y.; Zhang, X.; Wu, Z.; Wei, H.; et al. Adv. Mater. 2021, 33, e2101295. doi: 10.1002/adma.202101295

    13. [13]

      Hu, H.; Mu, X.; Li, B.; Gui, R.; Shi, R.; Chen, T.; Liu, J.; Yuan, J.; Ma, J.; Gao, K.; et al. Adv. Sci. 2023, 10, 2205040. doi: 10.1002/advs.202205040

    14. [14]

      Wu, Y.; Guo, J.; Wang, W.; Chen, Z.; Chen, Z.; Sun, R.; Wu, Q.; Wang, T.; Hao, X.; Zhu, H.; et al. Joule 2021, 5, 1800. doi: 10.1016/j.joule.2021.05.002

    15. [15]

      Li, S.; Li, B.; Yang, X.; Wei, H.; Wu, Z.; Li, Y.; Hu, Y.; Woo, H. Y.; Yuan, J. J. Mater. Chem. A 2022, 10, 12997. doi: 10.1039/d2ta02307e

    16. [16]

      Kwon, N. Y.; Park, S. H.; Cho, S.; Lee, D. W.; Harit, A. K.; Woo, H. Y.; Cho, M. J.; Choi, D. H. Polym. Chem. 2022, 13, 3335. doi: 10.1039/d2py00413e

    17. [17]

      Guo, J.; Wu, Y.; Wang, W.; Wang, T.; Min, J. Sol. RRL 2022, 6, 2101024. doi: 10.1002/solr.202101024

    18. [18]

      Liang, S.; Jiang, X.; Xiao, C.; Li, C.; Chen, Q.; Li, W. Acc. Chem. Res. 2021, 54, 2227. doi: 10.1021/acs.accounts.1c00070

    19. [19]

      Cravino, A.; Zerza, G.; Maggini, M.; Bucella, S.; Svensson, M.; Andersson, M. R.; Neugebauer, H.; Sariciftci, N. S. Chem. Commun. 2000, No. 24, 2487. doi: 10.1039/B008072L

    20. [20]

      Cravino, A.; Zerza, G.; Neugebauer, H.; Maggini, M.; Bucella, S.; Menna, E.; Svensson, M.; Andersson, M. R.; Brabec, C. J.; Sariciftci, N. S. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 70. doi: 10.1021/jp013077y

    21. [21]

      Jousselme, B.; Blanchard, P.; Levillain, E.; de Bettignies, R.; Roncali, J. Macromolecules 2003, 36, 3020. doi: 10.1021/ma034047r

    22. [22]

      Ramos, A. M.; Rispens, M. T.; van Duren, J. K. J.; Hummelen, J. C.; Janssen, R. A. J. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 6714. doi: 10.1021/ja015614y

    23. [23]

      Zhang, F.; Svensson, M.; Andersson, M. R.; Maggini, M.; Bucella, S.; Menna, E.; Inganäs, O. Adv. Mater. 2001, 13, 1871. doi: 10.1002/1521-4095(200112)13:24<1871::AID-ADMA1871>3.0.CO;2-3

    24. [24]

      Pierini, F.; Lanzi, M.; Nakielski, P.; Pawłowska, S.; Urbanek, O.; Zembrzycki, K.; Kowalewski, T. A. Macromolecules 2017, 50, 4972. doi: 10.1021/acs.macromol.7b00857

    25. [25]

      Miyanishi, S.; Zhang, Y.; Hashimoto, K.; Tajima, K. Macromolecules 2012, 45, 6424. doi: 10.1021/ma300376m

    26. [26]

      Miyanishi, S.; Zhang, Y.; Tajima, K.; Hashimoto, K. Chem. Commun. 2010, 46, 6723. doi: 10.1039/c0cc01819h

    27. [27]

      Liu, B.; Xu, Y. .; Liu, F.; Xie, C.; Liang, S.; Chen, Q.; Li, W. Chin. J. Polym. Sci. 2022, 40, 898. doi: 10.1007/s10118-022-2732-2

    28. [28]

      Wang, R.; Xia, D.; Jiang, X.; Zhao, C.; Zhou, S.; Fang, H.; Wang, J.; Tang, Z.; Xiao, C.; Li, W. ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 47952. doi: 10.1021/acsami.2c10466

    29. [29]

      Li, C.; Wu, X.; Sui, X.; Wu, H.; Wang, C.; Feng, G.; Wu, Y.; Liu, F.; Liu, X.; Tang, Z.; et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 15532. doi: 10.1002/anie.201910489

    30. [30]

      Lai, W.; Li, C.; Zhang, J.; Yang, F.; Colberts, F. J. M.; Guo, B.; Wang, Q. M.; Li, M.; Zhang, A.; Janssen, R. A. J.; et al. Chem. Mater. 2017, 29, 7073. doi: 10.1021/acs.chemmater.7b02534

    31. [31]

      Wang, D.; Yang, Z.; Liu, F.; Xiao, C.; Wu, Y.; Li, W. Chin. Chem. Lett. 2022, 33, 466. doi: 10.1016/j.cclet.2021.06.042

    32. [32]

      Fang, H.; Xia, D.; Zhao, C.; Zhou, S.; Wang, R.; Zang, Y.; Xiao, C.; Li, W. Dyes Pigm. 2022, 203, 110355. doi: 10.1016/j.dyepig.2022.110355

    33. [33]

      Jiang, X.; Xue, W.; Lai, W.; Xia, D.; Chen, Q.; Ma, W.; Li, W. J. Mater. Chem. C 2021, 9, 16240. doi: 10.1039/d1tc01195b

    34. [34]

      Yu, P.; Feng, G.; Li, J.; Li, C.; Xu, Y.; Xiao, C.; Li, W. J. Mater. Chem. C 2020, 8, 2790. doi: 10.1039/c9tc06667e

    35. [35]

      Liang, S.; Wang, J.; Ouyang, Y.; Tan, W. L.; McNeill, C. R.; Chen, Q.; Tang, Z.; Li, W. Macromolecules 2022, 55, 2517. doi: 10.1021/acs.macromol.1c02593

    36. [36]

      Xie, C.; Xiao, C.; Jiang, X.; Liang, S.; Liu, C.; Zhang, Z.; Chen, Q.; Li, W. Macromolecules 2021, 55, 322. doi: 10.1021/acs.macromol.1c02111

    37. [37]

      Yang, F.; Li, J.; Li, C.; Li, W. Macromolecules 2019, 52, 3689. doi: 10.1021/acs.macromol.9b00495

    38. [38]

      Liang, S.; Xu, Y.; Li, C.; Li, J.; Wang, D.; Li, W. Polym. Chem. 2019, 10, 4584. doi: 10.1039/c9py00765b

    39. [39]

      Yang, Z.; Liang, S.; Liu, B.; Wang, J.; Yang, F.; Chen, Q.; Xiao, C.; Tang, Z.; Li, W. Polym. Chem. 2021, 12, 6865. doi: 10.1039/D1PY01188J

    40. [40]

      Yang, F.; Wang, X.; Feng, G.; Ma, J.; Li, C.; Li, J.; Ma, W.; Li, W. Sci. China Chem. 2018, 61, 824. doi: 10.1007/s11426-018-9241-0

    41. [41]

      Xia, D.; Zhou, S.; Tan, W. L.; Karuthedath, S.; Xiao, C.; Zhao, C.; Laquai, F.; McNeill, C. R.; Li, W. Aggregate 2023, 4, e279. doi: 10.1002/agt2.279

    42. [42]

      Feng, G.; Tan, W.; Karuthedath, S.; Li, C.; Jiao, X.; Liu, A. C. Y.; Venugopal, H.; Tang, Z.; Ye, L.; Laquai, F.; et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 25499. doi: 10.1002/anie.202111192

    43. [43]

      Jiang, X.; Yang, J.; Karuthedath, S.; Li, J.; Lai, W.; Li, C.; Xiao, C.; Ye, L.; Ma, Z.; Tang, Z.; et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 21683. doi: 10.1002/anie.202009272

    44. [44]

      Feng, G.; Li, J.; Colberts, F. J. M.; Li, M.; Zhang, J.; Yang, F.; Jin, Y.; Zhang, F.; Janssen, R. A. J.; Li, C.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 18647. doi: 10.1021/jacs.7b10499

    45. [45]

      Feng, G.; Li, J.; He, Y.; Zheng, W.; Wang, J.; Li, C.; Tang, Z.; Osvet, A.; Li, N.; Brabec, C. J.; et al. Joule 2019, 3, 1765. doi: 10.1016/j.joule.2019.05.008

    46. [46]

      Hu, Z.; Xiao, C.; Tan, W. L.; Liu, B.; Liang, S.; Jiang, X.; McNeil, C. R.; Li, W. Macromolecules 2022, 55, 5188. doi: 10.1021/acs.macromol.2c00444

    47. [47]

      Lin, Y.; Wang, J.; Zhang, Z. G.; Bai, H.; Li, Y.; Zhu, D.; Zhan, X. Adv. Mater. 2015, 27, 1170. doi: 10.1002/adma.201404317

    48. [48]

      Yuan, J.; Zhang, Y.; Zhou, L.; Zhang, G.; Yip, H.-L.; Lau, T.-K.; Lu, X.; Zhu, C.; Peng, H.; Johnson, P. A.; et al. Joule 2019, 3, 1140. doi: 10.1016/j.joule.2019.01.004

    49. [49]

      Liang, S.; Liu, B.; Karuthedath, S.; Wang, J.; He, Y.; Tan, W. L.; Li, H.; Xu, Y.; Li, N.; Hou, J.; et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202209316. doi: 10.1002/anie.202209316

    50. [50]

      Liang, S.; Xiao, C.; Xie, C.; Liu, B.; Fang, H.; Li, W. Adv. Mater. 2023, 35, 2300629. doi: 10.1002/adma.202300629

    51. [51]

      Liu, B.; Liang, S.; Karuthedath, S.; Xiao, C.; Wang, J.; Tan, W. L.; Li, R.; Li, H.; Hou, J.; Tang, Z.; et al. J. Mater. Chem. A 2023, 11, 12236. doi: 10.1039/d3ta01501g

    52. [52]

      Zhang, Z.; Wang, J.; Hu, Z.; Xiao, C.; Chen, Q.; Tang, Z.; Li, W. Chin. Chem. Lett. 2023, 34, 108527. doi: 10.1016/j.cclet.2023.108527

    53. [53]

      Liu, B.; Liang, S.; Karuthedath, S.; He, Y.; Wang, J.; Tan, W. L.; Li, H.; Xu, Y.; Laquai, F.; Brabec, C. J.; et al. Macromolecules 2023, 56, 1154. doi: 10.1021/acs.macromol.2c02184

    54. [54]

      Qian, D.; Ye, L.; Zhang, M.; Liang, Y.; Li, L.; Huang, Y.; Guo, X.; Zhang, S.; Tan, Z. A.; Hou, J. Macromolecules 2012, 45, 9611. doi: 10.1021/ma301900h

    55. [55]

      Zhang, S.; Qin, Y.; Zhu, J.; Hou, J. Adv. Mater. 2018, 30, 1800868. doi: 10.1002/adma.201800868

    56. [56]

      Li, W.; Hendriks, K. H.; Furlan, A.; Wienk, M. M.; Janssen, R. A. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 2231. doi: 10.1021/ja5131897

    57. [57]

      Vandewal, K.; Tvingstedt, K.; Gadisa, A.; Inganäs, O.; Manca, J. V. Phys. Rev. B 2010, 81, 125204. doi: 10.1103/PhysRevB.81.125204

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  0
  • 文章访问数:  241
  • HTML全文浏览量:  9
文章相关
  • 发布日期:  2024-08-15
  • 收稿日期:  2023-07-20
  • 接受日期:  2023-09-20
  • 修回日期:  2023-09-17
  • 网络出版日期:  2023-09-25
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章