給受體材料間互補的吸收光譜、匹配的分子能級，以及良好的納米尺寸分離形貌是實現(xiàn)高效聚合物太陽能電池的關(guān)鍵。對光伏材料吸收光譜和分子能級的調(diào)控可通過許多簡單易行的分子設(shè)計策略直觀地實現(xiàn)；但由于活性層形貌受到諸多因素的影響，從分子結(jié)構(gòu)層面實現(xiàn)對共混膜形貌的有效調(diào)控具有很大的挑戰(zhàn)性。
最近，蘇州大學(xué)李永舫院士團隊的崔超華副教授等通過聚合物給體材料上的共軛側(cè)鏈工程，簡單有效地實現(xiàn)了對共混膜形貌的優(yōu)化。他們將烷硫基噻吩取代的BDT單元和烷硫基苯基取代的BDT單元分別與NTDO單元共聚，設(shè)計合成了兩種聚合物給體材料PBNT-S和PBNP-S (如圖1)。PBNT-S和PBNP-S具有非常相似的吸收光譜和分子能級，說明BDT單元上兩種不同的共軛側(cè)基幾乎不影響聚合物的吸收光譜和能級。由于BDT單元上的噻吩基容易扭曲且具有多種構(gòu)象，因此基于對稱性更好苯基取代的聚合物PBNP-S具有比PBNT-S更強的結(jié)晶性。將這兩種聚合物給體材料分別與強結(jié)晶性非富勒烯受體Y6共混制備光伏器件，PBNT-S:Y6共混膜表現(xiàn)出明顯過度結(jié)晶的大尺寸相分離結(jié)構(gòu)，而PBNP-S:Y6共混膜則實現(xiàn)了有利于激子傳輸?shù)募{米相分離形貌。因此，基于PBNT-S:Y6器件的能量轉(zhuǎn)換效率僅為11.10%（填充因子僅為0.605），而基于PBNP-S:Y6器件的效率則高達14.31%（填充因子為0.694，如表1）。
結(jié)果表明，通過合理的共軛側(cè)鏈工程可從分子結(jié)構(gòu)層面實現(xiàn)對共混膜形貌的精確調(diào)控，提升光伏器件性能。相關(guān)研究成果近日以“Conjugatedside-chains engineering of polymer donor enabling improved efficiency forpolymer solar cells”為題發(fā)表在《Journal of Materials Chemistry A》（2020，DOI：10.1039/D0TA01425G）。該論文將被收錄于2020 Journal of Materials Chemistry A Emerging Investigators Themed Issue。論文第一作者為碩士研究生范宏宇，通訊作者為崔超華副教授。
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