科创中国

聚合物太阳电池(PSCs)由于具有其质量轻、柔性、全固态、半透明、便携性、可大面积制备等优点而受到科研工作者们广泛的关注。近年来,随着科学家们对聚合物太阳电池研究的深入及对其内部工作机制认识的加深,越来越多的高效材料与器件被开发出来,目前,已报道的最高单节聚合物太阳电池器件的效率为11.7%,并且还在不断发展,显示其实现商业化的可行性。近年来，得益于小分子受体材料的快速发展，有机太阳能电池的光电转化效率得到了很大程度的提高。为了获得理想的光电转化效率，选择合适的富电子基团(D)和缺电子基团(A)来构筑D-A型聚合物以作为太阳能电池的给体材料也至关重要。

本工作设计、合成了一种具有“V”结构的新型强缺电子构筑基团TPTz。通过与引达省并二噻吩(IDT)构筑单元共聚，获得了具有“zigzag”形主链结构的新型共轭聚合物PTPTz-IDT。该共聚物在氯仿中具有很好的溶解性；XRD和GIWAXS结果显示该聚合物为非结晶性聚合物；而光学各向异性测试结果表明，该聚合物在薄膜中主要以面-面(face-on)堆积方式排列。基于该聚合物，获得了超过10%的太阳能电池效率。

聚合物太阳能电池具有制备成本低、光电特性易调节、可实现半透明以及可制成大面积柔性器件的优点，具有潜在的应用前景，近年来成为国内外研究的热点。华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室研究人员已发展了一系列基于酰亚胺功能化的苯并三唑（TzBI）共轭聚合物，成功制备了光电转换效率超过10%的单节全聚合物太阳能电池、以及效率超过11%的叠层全聚合物太阳能电池，所取得的系列研究成果多次成为当时国际上最好的成果之一。

陈丰坤，博士，纤维材料改性国家重点实验室、材料科学与工程学院特聘研究员、博士生导师。2007年从哈尔滨工业大学获得学士学位，2012年从北京大学获得博士学位。先后在陶氏化学上海研发中心、日本京都大学、西班牙POLYMAT研究所及日本理化学研究所从事研究工作。2021年4月起任职于东华大学材料科学与工程学院。多年来一直从事功能性有机高分子材料的设计、合成及应用研究工作。先后主持了欧盟玛丽居里独立科研基金、日本理化学研究所激励课题及国家自然科学基金面上项目各1项，并参与了国家自然科学基金委、日本学术振兴会以及欧洲研究委员会资助的多项重点项目。迄今，已在Angew. Chem. Int. Ed.，Chem. Sci.，Org. Lett.，Chem. Commun.等国际核心期刊发表论文发表学术论文20余篇。研究工作多次被在Synfacts上做亮点报道，并被国内外知名同行专家多次在Chem. Rev.等国际核心期刊的综述文章中予以积极评述或以小节的方式特别介绍。

近年来，小分子受体材料的快速发展，极大的促进了有机太阳能电池效率的提高。随着小分子受体材料的出现，对聚合物给体材料的性能也提出了新的要求。本成果通过设计新型受体单元，构筑了具有“zigzag”结构的无定形共轭聚合物。该聚合物同时具有较大的带隙以及较低的HOMO能级，在本体异质结太阳能电池中获得了良好的转化效率，有助于深入了解基于小分子受体材料的太阳能电池优异光电转化效率的内在机制。同时，本成果中所涉及的新型受体片段具有较大的后修饰可能性，有利于进一步发展新型聚合物给体材料，以获得性能更优异的太阳能电池材料。

技术允许

研究从聚合物给体材料的化学结构微调控着手，通过发展新型TzBI聚合物电子给体，与非富勒烯电子受体匹配制备太阳能电池，研究了这类聚合物光伏材料的分子结构精细调控对太阳能电池的光学、电学、聚集特性、以及开路电压损失的影响机制，为合理设计有机聚合物光伏材料实现高效光电转换效率提供了新思路。