隨著人類社會的不斷發(fā)展，能源緊缺與環(huán)境污染等問題逐漸顯現(xiàn)，尋找和發(fā)展清潔、可持續(xù)、無污染的能源供給成為當今研究的熱點。太陽能具有蘊含量最大、覆蓋范圍最廣等優(yōu)勢，因而如何合理高效利用太陽能成為解決能源危機的最有效的途徑。有機太陽能電池由于以有機物為活性層，因而具有生產成本低廉、原料來源廣等優(yōu)勢，因而有望降低商業(yè)化應用的成本。有機聚合物具有高的穩(wěn)定性、柔韌性等特點，在彎折拉伸等外部機械力的作用下仍能保持高效性，因而全聚合物太陽能電池更適合于柔性器件的制備，是未來發(fā)展的趨勢。而全聚物太陽能電池聚合物受體材料的匱乏的發(fā)展遲緩，因而設計與發(fā)展聚合物受體具有極為重要的意義。
圖1 a) m-Br-IC,γ-Br-IC 和δ-Br-IC的合成路線；b) PBTIC-γ-2F2T, PBTIC-δ-2F2T, PBTIC-m-2F2T 和 PBTIC-γ-2T的結構
目前，多數(shù)基于聚合小分子的聚合物受體材料多以溴位置不確定的聚合單體聚合而來，這一方面使得聚合物鏈的有序性遭到破壞，另一方也會帶來聚合物材料的重現(xiàn)性的問題；诖，南方科技大學何鳳教授課題組利用重結晶的方式，將兩個不同位置的溴代端基進行分離，并合成了γ和δ兩個位置的聚合單體γ-Br-BTIC和δ-Br-BTIC。研究發(fā)現(xiàn)，聚合物單體中溴元素的位置不同，聚合所得的材料在器件中表現(xiàn)出明顯的差異。其中，γ位置的聚合物PBTIC-γ-2F2T可以給出最優(yōu)的結果，相應的器件效率為14.34%。而δ位置的聚合物PBTIC-δ-2F2T表現(xiàn)出極強的聚集性，難溶于一些常見的溶劑，如二氯甲烷，三氯甲烷，氯苯，鄰二氯苯等，在器件中的幾乎無法得到光伏相應。此外，該小組還合成了基于混合單體的聚合物材料，PBTIC-m-2F2T，盡管該材料聚合良好的溶解性，但是相應的器件效率僅為3.26%。
圖2 a) PBTIC-γ-2F2T, PBTIC-m-2F2T, PBTIC-γ-2T在氯仿溶液和薄膜中的吸收光譜；b) PM6, BTIC-γ-2F2T, PBTIC-m-2F2T 和 PBTIC-γ-2T的能級分布；c) PBTIC-γ-2F2T, PBTIC-m-2F2T 和PBTIC-γ-2T的J-V曲線；d) PBTIC-γ-2F2T, PBTIC-m-2F2T, PBTIC-γ-2T的EQE譜圖。
隨后該小組進一步合成了沒有氟取代的γ位置的聚合物材料，PBTIC-γ-2T。該材料表現(xiàn)出的效率為11.92%，略低于氟取代的材料PBTIC-γ-2F2T，這表明不同的鏈接片段對材料的性能同樣具有一定的影響。不過值得注意的是，PBTIC-γ-2T的性能依然遠高于PBTIC-δ-2F2T和PBTIC-m-2F2T，這表明γ位置的聚合有望進一步提供更高效率聚合物受體。
以上相關成果今日在Advanced Functional Materials上發(fā)表，王恒濤博士和陳暉博士為共同一作，何鳳教授為通訊作者。
文章信息：
Hengtao Wang, Hui Chen, Weicheng Xie, Hanjian Lai, Tingxing Zhao, Yulin Zhu, Lin Chen, Chunxian Ke, Nan Zheng, and Feng He*
Configurational Isomers Induced Significant Difference in All-Polymer Solar Cells
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202100877
DOI: 10.1002/adfm.202100877 (Adv. Funct. Mater. 2021, 2100877)
