2014年--外文翻译--低价带半导体双富勒烯异质结中区分富勒烯相分离（译文）

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1、中文 5920字 出处： Chen H, Hsiao Y C, Chen J, et al. Distinguishing the Importance of Fullerene Phase Separation from Polymer Ordering in the Performance of Low Band Gap Polymer:Bis-Fullerene HeterojunctionsJ. Advanced Functional Materials, 2014, 24(46):72847290. 在低价带半导体：双富勒烯异质结中区分富勒烯相分离和聚合物 混乱度 各自 在 器件性能

2、提高 上 的重要性 摘要 提高基于聚合物的体异质结光电电池的能量转化效率 (PCE)的一种方式是提高其开路电压。在基底为聚合物 P3HT 的器件上采用双加成富勒烯来替代PCBM显著地提高了其开路电压和能量转化效率。然而，对于大部分有前景的低能带宽度的聚合物（ LBP）系统来说，使用 ICBA 来替代 PCBM虽然能获得较高的开路电压但是却导致了更小的短路电流和 PCE。 现在有一种优化刷制 LBP/富勒烯异质结光电薄膜形 貌的方法是尝试在沉积薄膜前的聚合物 /富勒烯薄膜溶液中添加一种共溶剂。改变聚合物和富勒烯在共溶剂中的溶解度，我们可以制作出不改变聚合物的 混乱度 且富勒烯的相分离 发生改变

3、的 体异质结。刷制样品的形貌通过小角度中子散射和中子反射来表征。当共溶剂对于聚合物选择性溶解时，我们在 LBP中发现 ICBA 处于均匀分布，同时表现出较差的性能。当选择对于 ICBA 选择性溶解的共溶剂时， ICBA 聚集体在样品中形成。其结果的PCE提升至了 246%。对于中子数据量化的分析表明了在 ICBA 聚集体和其周边基质间的中间区域发生了提升，同时促进了电 荷的传输和 PCE的提高。 介绍 基于混合共轭聚合物与富勒烯的异质结概念的有机光电器件在可持续的太阳能 能量 转换 上，因为其低成本、轻便、柔性 以及易于加工生产的特性已经引起了 人们浓厚的兴趣。 太阳能的能量转换效率在近几年发

4、生了极大的增长，其增长得益于新型受体聚合物材料的发展，与此同时，富勒烯结构的器件性能表现却尚未引起人们的关注。除了 PCBM外被报道得最多的就是 ICBA。对于已经被深入研究的 P3HT 系统来说，使用 ICBA 来代替 PCBM提高了受体的最低被占有分子轨道（ LUMO）， 最终提高了 该使用 P3HT 作为基底器件的 开路 电压。然而，当其混入一些性能较好的低 能带聚合物， ICBA 虽然还能维持其预期较高的开路电压，却表现出了非常小的短路电流和能量转移效率（ PCE）。举个例子， 活跃层由 PBDTTPD/PCBM异质结组成的有机光电器件表现出了 7.3%的能量转移效率；当其活跃层换成了

5、 PCBM与 ICBA 后则其变为了 2.7%。这差强人意的结果与其糟糕的形貌和在活跃层输运受阻碍的载流子输运有关。 然而， 这些报道的数据只是基于恒定窄带沟的 LBP:ICBA 器件，却很少对形貌进行调控。正如 和 PCE与形貌密切相关一样，如果 LBP:ICBA 混 合剂能够被合理控制高的开路电压 或许能对能量转化效率产生戏剧性的提升。不幸的是，在薄膜沉积后对系统进行形貌优化的工作 却还未有人做过。 通过热退火来提高 LBP:富勒烯系统的器件性能的失败结果屡屡被报道。我们现在有另一种提高器件性能的方法，即在沉积之前添加第二溶剂 进入 LBP:富勒烯混合物溶液，其中，添加溶剂通常选择不易挥发

6、且能选择性溶解富勒烯。其中一个最为深入研究的 LBP:富勒烯系统是 PCPDTBT:PCBM，通过在薄膜沉积时 添加溶剂其能量转化效率从 1.7%上升至了 4.6%。 PCBM的聚合以及PCPDTBT 混乱度 的增加证明了第二溶剂存在的影响。这些结构上的改变导致了载流子输运能力的提升，且提高了器件的性能。然而，这些报道只是集中于LBG:PCBM的变化而第二溶剂对带有双富勒烯电子受体体异质结的影响却没有被报道过。不仅如此，这些曾经的研究只是 测试了那些对富勒烯有选择性溶解的溶剂，而对于聚合物选择性溶解的添加剂方面的研究却是匮乏的。 因此，在这次的工作当中，我们测试了对于聚合物选择性溶解的第二溶剂所产生的影响和第二溶剂中富勒烯在 PCPDTBT:ICBA 体异质结内的形貌和功能作用。我们选择了对于 PCPDTBT 和 ICBA 溶解性完全不同的溶剂：一种对于ICBA 选择性溶解， CP，另一种对于 PCPDTBT 选择性溶解， BB。 对于该体异质结平面和垂直方向形貌的转变我们分别采用了小角度中子散射和中子反射的方式来检测。中子散射 在 监控聚合物