給體單元-受體單元（D-A）共聚策略已被廣泛應用于構筑高性能有機半導體材料，用于有機發光二極管、聚合物太陽電池、有機場效應晶體管等。基于D-A共聚策略的分子結構設計的不斷優化，科研人員合成了一系列高效聚合物給體光伏材料，有力地推動了有機/聚合物太陽電池能量轉換效率的快速提升。然而，從初期的發展新型給體/受體單元，到現階段的精細調控，如側鏈工程、官能團取代等，D-A共聚物的設計優化一直處于針對單體結構進行修飾的層面。此外，盡管現如今近乎所有高效的聚合物材料都是基于D-A共聚結構，但這些D-A共聚物（包括新興的三元無規共聚物）均是由等量的給體單元和受體單元交替共聚所構成。針對聚合物長鏈組態的調控優化以及D-A共聚策略更深層機制的研究目前仍然較少。

近日，中科院化學所李永舫院士課題組首次提出了非等量D-A共聚策略。通過在聚合物長鏈中嵌入更多比例的D-單元，他們合成出了基于高效共聚物PM6的非等量D-A共聚物PM6-Dn（n=1,2,3）(圖1)。

圖2. 器件（a）J-V曲線、（b）相應的EQE曲線、（c）光電流密度與有效電壓曲線、（d）短路電流密度與光強曲線。 

飛秒瞬態吸收(fs-TA)光譜表明，基于非等量D-A共聚物PM6-D1:Y6的共混膜比基于PM6:Y6的共混膜具有更長的電荷轉移態壽命，有利于電荷的傳輸與收集（圖3）。最終，相較于PM6:Y6的0.84 V的開路電壓、25.32 mA cm^-2的短路電流、74.4%的填充因子，三個基于非等量共聚物PM6-Dn（n=1,2,3）:Y6體系的器件的開路電壓隨著D單元比例的增多逐漸上升，分別為0.85、0.85、0.86V; 短路電流均提高到26 mA cm^-2以上, 分別為26.47、26.18、26.01 mA cm^-2；填充因子也均得到了提升，分別為78.7%、75.6%、76.1%。其中，基于PM6-D1:Y6的器件取得了17.71%的最佳能量轉換效率，這也是目前二元有機太陽能電池取得的最高效率之一。

論文第一作者是博士生尚子雅，共同一作是博士生周流洋，共同通訊作者為孫晨凱（鄭州大學）、孟磊（中科院化學所）、黃文超（武漢理工大學）和李永舫（中科院化學所）。詳見：SCIENCE CHINA  Chemistry, 2021, doi: 10.1007/s11426-021-9988-6

原文鏈接：

https://doi.org/10.1007/s11426-021-9988-6

來源：中國科學化學

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