中科院化學所李永舫院士課題組等AM：在高效寬帶隙聚合物給體光伏材料的研究中取得新進展
隨著2019年明星窄帶隙有機小分子受體Y6的發(fā)現(xiàn)，有機太陽能電池（OSC）進入了一個新的發(fā)展階段，其最高能量轉(zhuǎn)換效率（PCE）從報道Y6之前的14%左右迅速提升到最近的超過18%。但是效率超過17%的器件大多基于三元體系（兩個給體一個受體或者是一個給體兩個受體）或者是使用三元共聚的聚合物給體，這些都增加了材料合成和器件制備的復雜程度。
在國家自然科學基金委和科技部重點研發(fā)計劃的支持下，中科院化學所有機固體實驗室李永舫院士課題組最近在寬帶隙聚合物給體光伏材料的研究中取得新進展。他們設計合成了基于噻吩給電子（D）單元和二氟取代喹喔啉（DFQ）受電子（A）單元的低成本高效D-A共聚物給體光伏材料PTQ10（Nat. Commun. 2018, 9, 743.）。他們又將DFQ A-單元與帶噻吩共軛側(cè)鏈的苯并二噻吩（BDTT） D-單元共聚，合成了新型D-A共聚物給體光伏材料PBQ10，使用Y6為受體，使基于PBQ10的OSC能量轉(zhuǎn)換效率達到了16.34%（Chem. Mater., 2020,32,3254-3261.）。
圖1 聚合物給體PBQ5、PBQ6和受體Y6的(a)分子結(jié)構(gòu)；（b）薄膜的吸收光譜和(c) LUMO和HOMO能級；(d) 有機太陽電池器件結(jié)構(gòu)。
最近，該課題組與武漢理工大學合作，通過側(cè)鏈工程優(yōu)化合成了兩個新的基于BDTT D-單元和DFQ A-單元的寬帶隙D-A共聚物PBQ5和PBQ6（分子結(jié)構(gòu)見圖1(a)）。與DFQ單元上帶兩個烷基側(cè)鏈的PBQ5相比，DFQ單元上帶兩個烷基和氟取代噻吩共軛側(cè)鏈的PBQ6的吸收光譜發(fā)生紅移（見圖1(b)）、分子間相互作用增強、并且空穴遷移率提高。同時，PBQ6給體和Y6 受體的共混膜表現(xiàn)出較高和平衡的空穴/電子遷移率和比較適宜的聚集形貌。基于PBQ6:Y6的有機太陽電池填充因子高達77.91%、能量轉(zhuǎn)換效率達到17.62%，而基于PBQ5:Y6器件的效率只有15.55%。基于PBQ6器件的效率17.62%是基于Y6為受體的二元有機太陽電池的最高效率之一。這一成果近期發(fā)表在Adv. Mater. 上（Adv. Mater., 2021, 33，2100474），文章的第一作者為中科院化學所博士生朱燦，通訊作者為中科院化學所孟磊研究員、武漢理工大學黃文超教授和中科院化學所李永舫院士。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adma.202100474
來源：中科院化學所
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