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中國科學(xué)院化學(xué)研究所等在高效寬帶隙聚合物給體光伏材料研究中取得進(jìn)展
隨著2019年明星窄帶隙有機(jī)小分子受體Y6的發(fā)現(xiàn)，有機(jī)太陽能電池（OSC）進(jìn)入了新的發(fā)展階段，其最高能量轉(zhuǎn)換效率（PCE）從報(bào)道Y6之前的14%左右提升到超過18%。但效率超過17%的器件大多基于三元體系（兩個(gè)給體一個(gè)受體或者是一個(gè)給體兩個(gè)受體）或是使用三元共聚的聚合物給體，增加了材料合成和器件制備的復(fù)雜程度。?
中國科學(xué)院化學(xué)研究所有機(jī)固體實(shí)驗(yàn)室研究員李永舫課題組最近在寬帶隙聚合物給體光伏材料的研究中取得進(jìn)展，設(shè)計(jì)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.）。此外，科研人員將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(dá)到16.34%（Chem. Mater.,?2020,32,3254-3261.）。
最近，科研人員通過側(cè)鏈工程優(yōu)化合成了兩個(gè)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[圖1(a)]。與DFQ單元上帶兩個(gè)烷基側(cè)鏈的PBQ5相比，DFQ單元上帶兩個(gè)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[圖1(b)]、分子間相互作用增強(qiáng)、并且空穴遷移率提高。同時(shí)，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(jī)太陽電池填充因子高達(dá)77.91%、能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)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(jī)太陽電池的最高效率之一。
相關(guān)研究成果發(fā)表在Advacned Materials上，論文第一作者為中科院化學(xué)所博士生朱燦，論文通訊作者為化學(xué)所研究員孟磊、武漢理工大學(xué)教授黃文超和化學(xué)所李永舫。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委和科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持。
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(jí)；（d）有機(jī)太陽電池器件結(jié)構(gòu)。
文章來源：中國科學(xué)院化學(xué)研究所
