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  近年來，有機太陽能電池的光電轉換效率（PCE）已經超過13%，但當前效率對于實現有機太陽能電池工業化生產仍然不夠。制約有機太陽能電池轉換效率的因素有：活性層形貌調控、給受體能級匹配以及活性層光譜吸收強度等。

  針對上述問題，陳義旺教授和諶烈教授研究團隊通過無規共聚精準引入第三組份，有效的調控有機聚合物太陽能電池給體和受體的聚集行為、能級結構以及光吸收，為有機聚合物太陽能電池工作參數全面有效提高提供了新的研究思路。

  對于受體材料分子設計，課題組通過無規共聚將染料分子基團引入到高結晶性N2200聚合物中，通過無規共聚的方式適當破壞聚合物分子的平面性，有效的調控聚合物分子的結晶性，使得活性層在形貌上有一個較好的相分離尺寸，提高激子分離效率。通過引入第三組分染料基團提高受體材料的吸光系數，同時提高LUMO能級。實現全聚合太陽能電池器件各項參數（包括開路電壓、短路電流和填充因子）的顯著提升。在無添加劑條件下，全聚合物太陽能電池的光電轉換效率達到8.13%。相關工作近期發表在Angew. Chem. Int. Ed. (DOI: 10.1002/anie.201800035)，南昌大學化學學院碩士研究生陳東和北京交通大學碩士研究生姚嘉為共同第一作者，南昌大學陳義旺教授和諶烈教授以及中科院化學研究所張志國副研究員為共同通訊作者。

圖1. (a)聚合物的化學結構式；(b)聚合物N2200, PNDI-2T-TR(5)和PNDI-2T-TR(10)的DSC曲線圖；(c)聚合物N2200, PNDI-2T-TR(5)和PNDI-2T-TR(10)膜的紫外吸收光譜圖；(d)基于PBDB-T:N2200和 PBDB-T:PNDI-2T-TR(5)聚合物太陽能電池的J-V曲線圖。

  在給體材料分子設計方面，該課題組通過將2TPF4單元引入到高結晶性PffBT4T-2OD聚合物中，采用無規共聚方式調控聚合物在溶液中的聚集程度和分子間的堆疊作用，從而得到可在室溫條件下溶液旋涂的高性能聚合物太陽能電池，基于PffBT-2TPF4-9/1:PCBM為活性層的器件在經過1,8-二碘辛烷（DIO）溶劑添加劑優化處理后，得到了9.4%的光電轉換效率。前期工作基礎上，研究團隊將上述聚合物PffBT-2TPF4-9/1通過環境友好型的溶劑加工，得到了比鹵代溶劑加工更高性能且穩定的聚合物太陽能電池，光電轉換效率達到了9.91%。以上相關成果分別發表在Nano Energy. 2017, 37, 32–39和Nano Energy. 2017, 41, 27-34上。論文的第一作者為南昌大學化學學院博士生廖勛凡，目前在美國華盛頓大學Alex K-Y. Jen教授課題組進行聯合培養，共同第一作者為西安交通大學博士生張霖，陳義旺和諶烈教授與西安交通大學馬偉教授為共同通訊作者。

  同時，該課題組提出了主鏈設計的D-A-p非對稱和D-s-A結構，通過降低分子主鏈的扭轉角有效保證了聚合物共軛主鏈的平面性，保持器件的高開路電壓進而實現了高效的器件性能，并適用于非鹵加工。相關工作分別發表在Adv. Funct. Mater. 10.1002/adfm.201706517（南昌大學化學學院碩士研究生安永康和博士研究生廖勛凡為共同第一作者，陳義旺和諶烈教授以及華盛頓大學任廣禹教授為共同通訊作者。）和Macromol. Rapid Commun. 10.1002/marc.201700706（南昌大學化學學院碩士研究生廖志輝為第一作者，陳義旺和諶烈教授為共同通訊作者。）。

  課題組與華盛頓大學任廣禹教授和上海交通大學劉烽教授合作通過螯狀稠環富電子核結構大大擴大了非富勒烯受體的光學響應范圍，精準調控了受體能級結構和分子內電荷轉移以及分子間p-p堆砌行為(J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 2054–2057)。

圖2. (a)聚合物的化學結構式；四種聚合物(b)PffBT4T-2OD, (c) PffBT-2TPF4-19/1, (d) PffBT-2TPF4-9/1, (e) PffBT-2TPF4-4/1的不同溫度下的溶液紫外吸收光譜圖。

  論文鏈接：

  http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201800035/full

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.7b13239