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  有機太陽能電池由于其具有低成本、柔性、無污染、制備工藝簡單、適合大面積生產等優點逐漸引起科學工作者的注意，并被廣泛地研究。近年來，基于聚合物給體和小分子稠環電子受體組成的本體異質結型聚合物太陽能電池取得了突飛猛進的發展，單節電池的器件效率（PCE）已經超過18%。

  相比于鈣鈦礦太陽能電池，有機太陽能電池的PCE還有一定的差距，主要是由于鈣鈦礦太陽能電池的開路電壓（V_OC）可以高達1.0 eV，而有機太陽能電池的基本維持在0.85 eV。眾所周知，提高給體的最高占據分子軌道（HOMO）和降低受體的最低未占分子軌道（LUMO）是VOC提高的一種有效方法。然而，受到目前高效的小分子稠環受體的限制，只有少數具有低HOMO能級的寬帶隙聚合物給體能與之進行很好的匹配，并取得較好的器件性能；此外，如果僅僅是通過降低給體的HOMO能級來增大與之相匹配的受體的LUMO能級差值，往往會導致給和受體之間能級差過小，激子分離的驅動力不足從而降低器件的短路電流（J_SC）。

圖1.（a） PBDS-T的化學結構；（b） PBDS-TCl的化學結構；（c）ITIC-Th2的化學結構；（d）Y6的化學結構；（e）純膜吸收；（f）材料能級分布圖。

  實際上，除了調控給體和受體的能級之外，減小器件中的能量損失（E_loss）同樣也能夠很好的提高V_OC。根據Shockley-Queisser(SQ)理論，太陽能電池E_loss的理論值為0.25-0.30 eV，然而，目前大多數高效的聚合物太陽能電池的E_loss主要為0.6-1.1 eV，這就導致聚合物太陽能電池的V_OC與鈣鈦礦太陽能電池相比低的多。因此，降低有機太陽能電池中的能量損失也是改善V_OC的另一種有效方法。

  針對以上問題，他們在以前工作的基礎上把Cl原子引入到聚合物給體PBDS-T中得到PBDS-TCl。通過實驗發現，Cl原子的引入可以很好的降低PBDS-TCl的能級和改善結晶性。以Y6為受體組合的PBDS-TCl:Y6的器件，E_loss可以降低到0.41 eV，V_OC可以提高到0.92 V。該工作對降低聚合物太陽能電池的E_loss和提高V_OC的研究提供了新策略。

圖2.（a） Y6為受體V_OC-PCE的總結圖；（b） Y6為受體E_loss-V_OC的總結圖；（c）PBDS-T:Y6 為器件EU的計算；（d）PBDS-TCl:Y6 為器件EU的計算；（e）PBDS-T:Y6為器件TPS-EQE的測試；（f）PBDS-T:Y6為器件TPS-EQE的測試。

  以上相關成果分別發表在Small (Small 2021, 2104451; DOI: 10.1002/smll.202104451) 和Advanced Functional Materials （Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1800606）上。論文的第一作者為江西理工大學黃斌副教授，通訊作者為南昌大學諶烈教授，共同通訊作者為韓國蔚山科學研究院Changduk Yang教授與東華大學馬在飛教授。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202104451

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