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兩親性聚合物共網絡(APCNs)由納米尺度相分離的親水和疏水域組成,近年來在被動光子學應用(如可穿戴發光太陽能聚光器)中引起關注。
本文成均館大學Bo Ram Lee和劍橋大學Samuel D. Stranks等人將其應用拓展至有機光伏(OPVs)活性層中,實現了與傳統OPV結構不兼容的下轉換發光團的引入。APCN支架將親水發光團限制在羥基丙烯酸酯域中,而疏水的PM6:Y6體異質結(BHJ)則位于聚二甲基硅氧烷域中。所選發光團具有選擇性相親和性及與BHJ互補的吸收特性。摻入二氰亞甲基-4H-吡喃(DCM)發光團的器件表現出增強的光電流,短路電流從25.7 mA cm?2提高至27.3 mA cm?2,同時保持0.86 V的開路電壓。瞬態吸收光譜顯示PM6和Y6的基態漂白延遲,與從發光團到BHJ的有效能量轉移導致的激子補充一致。掠入射廣角X射線散射表明,發光團的分子平面性和二面角通過范德華相互作用影響BHJ的堆疊,進而影響電荷傳輸。
本研究提出了一種通過將功能性分子嵌入APCNs中以增強光電器件的多功能策略,從光子學、光電學和結構角度提供了深入見解,并將APCNs確立為下一代器件工程的通用平臺。
研究亮點:
創新性引入APCNs作為多功能支架:利用其納米相分離結構,成功將親水性下轉換發光團與疏水性PM6:Y6體異質結在空間上隔離,解決了材料不相容和能級不匹配問題。
實現高效下轉換與分子堆疊調控雙重功能:DCM發光團不僅通過能量轉移將紫外-藍光轉換為BHJ可吸收的光子,提升光電流,其平面分子結構還增強了Y6受體的π-π堆疊,改善電荷傳輸。
提出普適性器件設計新范式:APCNs作為“支架中心”設計范式,可兼容多種功能性添加劑,為下一代光電器件(尤其是有機光伏)的材料集成與性能優化提供了新思路。
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C.-S. Huang, D. Kim, W. Yang, et al. “ Amphiphilic Polymer Conetworks for Non-Fullerene Organic Solar Cells: Regulated Molecular Stacking Enables Efficient Downconversion.” Adv. Energy Mater. (2025): e04273.
https://doi.org/10.1002/aenm.202504273
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