含硅氧烷侧链宽带隙聚合物用于高效全聚合物太阳电池

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       有机/聚合物太阳电池是目前能实现高效率、低成本、环境友好地利用可再生能源的重要技术手段，近年来在国际上一直备受关注。与无机半导体材料相比，有机/聚合物材料来源广泛、种类丰富，可利用化学手段对材料的光学吸收、电子能级、结晶性、电荷迁移率等性能进行精细调控。其优异的溶液加工性可以实现低成本、大规模地制备柔性大面积器件，在成本和性能方面与无机半导体太阳电池形成优势互补，具有巨大的商业开发价值和应用前景。

       全聚合物太阳电池（all-PSCs）作为有机/聚合物太阳电池领域的一个重要分支，其光敏层在成膜性、机械柔性以及长期稳定性方面独具优势。然而由于长期面临微相分离结构以及电荷迁移率不理想的挑战，目前全聚合物太阳电池的光电转换效率仍然滞后于基于小分子电子受体的有机/聚合物太阳电池。因此，通过选择新型光敏层组分来改善聚合物给/受体之间的相容性、优化分子排列取向、改善微相分离结构、以及提升本体电荷迁移率是推动全聚合物太阳电池继续向前发展的重要策略。

       近期，华南理工大学黄飞与应磊研究团队设计了一种新型含有硅氧烷功能侧链的酰亚胺并苯并三唑类宽带隙聚合物PTzBI-Si。该聚合物作为电子给体应用于全聚合物太阳电池，与传统聚合物受体N2200匹配作为活性层，采用绿色溶剂2-甲基四氢呋喃进行溶液加工，获得10.1%的功率转换效率（短路电流为15.76 mA cm-2，开路电压为0.87 V，填充因子为73.76%），是目前文献公开报道的全聚合物太阳电池的最佳性能。

       该优异性能主要得益于聚合物给体PTzBI-Si中硅氧烷功能侧链的引入，其一方面可以提升聚合物在绿色溶剂2-甲基四氢呋喃中的溶解性；另一方面还能调节聚合物分子的排列方式，得到更多与基底平行的face-on优势分子取向。而传统聚合物受体N2200采用2-甲基四氢呋喃加工时也采取face-on优势取向，同时掠射广角X-射线散射证实在PTzBI-Si于N2200的共混膜中，两种聚合物分子均保持其在单纯膜中的优势取向。该结果不仅可以显著提升器件中的纵向电荷传输，而且给/受体相同的优势排列取向也更有利于电荷在给/受体界面处的分离，因而获得良好的器件短路电流和填充因子。

该研究成果不仅解决了传统全聚合物电池光敏层相分离形貌不佳、本体电荷迁移率较低的困境，也为设计新型、高效的光敏层组分以及实现全聚合物电池的清洁生产提供了新思路。相关论文在线发表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201703906)上。