Niedrigbandlücken-Semi-Leiter-Polymere für polymerbasierte Photovoltaik

Um hochleistungsfähige polymer Solarzellen (PSCs) zu entwickeln, ist die vollständige Ausnutzung der Sonnenbestrahlung von ultraviolett (UV) bis nah-infrarot (NIR) einer der Schlüsselfaktoren, um hohe Photoströme und somit hohe Effizienz sicherzustellen. In diesem Überblick werden fünf effektive Entwurfsregeln für den Ansatz von LBG-Semi-Leiter-Polymeren mit hoher molarer Absorptionsfähigkeit, geeigneten Energieniveaus, hoher Ladungsträgersmobilität und hoher Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln präsentiert. Diese Entwurfsstrategien umfassen fusionierte Heterozyklen zur erleichterten π-Elektronenbewegung entlang des Polymergerüsts, Gruppen/Atome, die benachbarte Ringe verbinden, um eine hohe Planarität aufrechtzuerhalten, die Einführung von elektronenziehenden Einheiten zur Senkung der Bandlücke (Eg), Donor-Akzeptor (D-A) Copolymerisation zur Verengung von Eg und 2-dimensionale Konjugation zur erweiterten Absorption und verbesserten Löchermobilität. Es wurde gezeigt, dass LBG-Semi-Leiter-Polymere, die auf Elektronendonoreinheiten basieren und mit starken elektronenziehenden Einheiten kombiniert sind, hervorragende elektronische und optische Eigenschaften aufweisen und somit als ausgezeichnete Kandidaten für effiziente PSCs gelten. Für ultrasensitive Photodetektoren (PDs), die intensive Anwendungen in wissenschaftlichen und industriellen Bereichen haben, ist die Sensitivität von UV bis NIR von entscheidender Bedeutung. Für Polymer-PDs wurde ein Eg von bis zu 0,8 eV durch eine rationale Entwurfsstrategie erreicht, die einen breiten Wellenlängenbereich von UV bis NIR (1450 nm) abdeckt. Jedoch ist die Reaktionszeit der Polymer-PDs erheblich durch die Löchermobilität von LBG-Semi-Leiter-Polymeren eingeschränkt, die deutlich niedriger ist als die von anorganischen Materialien. Daher ist die weitere Verbesserung der Löchermobilität von LBG-Semi-Leiter-Polymeren ebenso wichtig wie die Erweiterung der spektralen Reaktion, um in zukünftigen Studien ungekühlte, ultrasensitive, breitbandige Polymer-PDs zu erreichen.