化學所等在高效寬帶隙聚合物給體光伏材料研究中取得進展

　　中國科學院化學研究所有機固體實驗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展，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.）。此外，科研人員將DFQ A-單元與帶噻吩共軛側鏈的苯并二噻吩（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能量轉換效率達到16.34%（Chem. Mater., 2020,32,3254-3261.）。

　　最近，該課題組與武漢理工大學合作，通過側鏈工程優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[圖1(a)]。與DFQ單元上帶兩個烷基側鏈的PBQ5相比，DFQ單元上帶兩個烷基和氟取代噻吩共軛側鏈的PBQ6的吸收光譜發生紅移[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受體的共混膜表現出較高和平衡的空穴/電子遷移率和比較適宜的聚集形貌?；?/span>PBQ6:Y6的有機太陽電池填充因子高達77.91%、能量轉換效率達到17.62%，而基于PBQ5:Y6器件的效率只有15.55%?；?/span>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。

　　相關研究成果發表在Advacned Materials上，論文第一作者為中科院化學所博士生朱燦，論文通訊作者為化學所研究員孟磊、武漢理工大學教授黃文超和化學所李永舫。研究工作得到國家自然科學基金委和科技部重點研發計劃的支持。

聚合物給體PBQ5、PBQ6和受體Y6的（a）分子結構；（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構。