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为了探测这种分子的结构,研究小组把PCDTBT薄膜暴露于高强度X射线束,采用的是布鲁克海文国家实验室的国家同步辐射光源(NSLS:NationalSynchrotronLightSource),采用了高分辨率X射线散射技术。不同的是,以往的研究都是采用不太强的X射线,而这些研究揭示了高温下形成的晶状相(crystalline-likephase)。此外,这些模式是由衍射X射线产生的,它们表明,这种结构包含共轭主链对(conjugatedbackbonepairs)层,这种模式显著不同于单主链结构,单主链结构见于迄今研究的所有其他有机光伏材料。
鲁新会(XinhuiLu)是论文的第一作者,他指出,通过分析这些散射模式,他们发现了波动性,就沿着这些聚合物主链,也发现了邻近主链中的波动如何相互转移。进行分子模型模拟,研究人员能够预测,哪种聚合物主链配置最稳定。
PCDTBT薄膜衍射图案,单元和双层特征。来源:布鲁克海文国家实验室
在共轭聚合物中,主链提供导电路径,而烷基侧链类似简单的油,提供加工所需的溶解度。虽然很必要,但是,这些侧链会干扰聚合物的电气性能。PCDTBT很新颖,科学家们说,因为它的主要成分是主链,只有很少的烷基材料。“类似油和水,这种聚合物共轭主链对会发生相分离,离开它们的烷基侧链,产生双层结构,”大卫-基麦克(DavidGermack)说,他是论文的合著者。正是这种结构特征带来了材料的优良电气性能,这种认识可以指导设计新的有机太阳能材料。
“虽然我们自己有很多专业知识,熟悉化学合成和有机太阳能设备制造,但是,我们缺乏深入的结构表征工具,在布鲁克海文实验室就是这样,”杰夫-皮特(JeffPeet)说,他是科纳卡技术公司的资深科学家,这家公司领先开发和推广有机太阳能电池。“这种类型的工具,以及在布鲁克海文国家实验室与同事的合作研究,可以澄清这些材料之间的微妙差别,给予我们敏锐的洞察力,了解应该如何设计下一代太阳能光伏电池材料。”
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