来源：材料科学前沿
给受体材料间互补的吸收光谱、匹配的分子能级，以及良好的纳米尺寸分离形貌是实现高效聚合物太阳能电池的关键。对光伏材料吸收光谱和分子能级的调控可通过许多简单易行的分子设计策略直观地实现；但由于活性层形貌受到诸多因素的影响，从分子结构层面实现对共混膜形貌的有效调控具有很大的挑战性。
最近，苏州大学李永舫院士团队的崔超华副教授等通过聚合物给体材料上的共轭侧链工程，简单有效地实现了对共混膜形貌的优化。他们将烷硫基噻吩取代的BDT单元和烷硫基苯基取代的BDT单元分别与NTDO单元共聚，设计合成了两种聚合物给体材料PBNT-S和PBNP-S (如图1)。PBNT-S和PBNP-S具有非常相似的吸收光谱和分子能级，说明BDT单元上两种不同的共轭侧基几乎不影响聚合物的吸收光谱和能级。由于BDT单元上的噻吩基容易扭曲且具有多种构象，因此基于对称性更好苯基取代的聚合物PBNP-S具有比PBNT-S更强的结晶性。将这两种聚合物给体材料分别与强结晶性非富勒烯受体Y6共混制备光伏器件，PBNT-S:Y6共混膜表现出明显过度结晶的大尺寸相分离结构，而PBNP-S:Y6共混膜则实现了有利于激子传输的纳米相分离形貌。因此，基于PBNT-S:Y6器件的能量转换效率仅为11.10%（填充因子仅为0.605），而基于PBNP-S:Y6器件的效率则高达14.31%（填充因子为0.694，如表1）。
图1 (a) Chemicalstructure of PBNT-S, PBNP-S, and Y6. (b) Normalized UV-vis absorption spectraof PBNT-S and PBNP-S thin films. (c) Energy level diagrams of PBNT-S andPBNP-S. (d) TEM images of PBNT-S:Y6 and PBNP-S:Y6 blends.Active layerVoc[V]Jsc[mA cm-2]FF [%]PCE [%]PBNT-S:Y6PBNP-S:Y60.7980.81023.0025.5060.569.411.1014.31
表1 Photovoltaic performance of the optimal PSCs based onPBNT-S:Y6 (1:1.5, w/w) and PBNP-S:Y6 (1:1.5, w/w) under the illumination of AM1.5 G at 100 mW cm-2.
结果表明，通过合理的共轭侧链工程可从分子结构层面实现对共混膜形貌的精确调控，提升光伏器件性能。相关研究成果近日以“Conjugatedside-chains engineering of polymer donor enabling improved efficiency forpolymer solar cells”为题发表在《Journal of Materials Chemistry A》（2020，DOI：10.1039/D0TA01425G）。该论文将被收录于2020 Journal of Materials Chemistry A Emerging Investigators Themed Issue。论文第一作者为硕士研究生范宏宇，通讯作者为崔超华副教授。论文链接：https://doi.org/10.1039/D0TA01425G。通讯作者介绍：崔超华，苏州大学副教授：主要从事有机光伏材料的分子设计与器件性能研究。已发表SCI论文五十多篇，他引三千余次，6篇论文入选ESI高被引论文。其中作为第一/通讯作者在包括Adv. Mater.（3篇），Energy Environ. Sci.（4篇），Adv. Energy Mater.（3篇）等期刊发表论文35篇，两篇论文分别入选2014年和2015年“中国百篇最具影响国际学术论文”。获2017年教育部高校科学研究优秀成果奖二等奖（第三完成人）和2018年江苏省科学技术奖一等奖（第四完成人）。担任Materials Horizons青年顾问委员会委员(community board member)和SCI期刊Royal Society Open Science（IF = 2.515）副主编（Associate Editor）。主持国家自然科学基金面上项目、青年基金项目，江苏省优秀青年基金等项目。来源：材料科学最前沿 材料科学前沿
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