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1、 全文速覽：

  設(shè)計(jì)合成了三種BDT類區(qū)域規(guī)整的聚合物給體材料。得益于D-D型的分子骨架，聚合物顯示出非常寬的光學(xué)帶隙，能夠很好地與窄帶隙非富勒烯受體匹配。其中單氯取代的區(qū)域規(guī)整聚合物給體材料PBDTT1Cl具有更規(guī)整、更緊密的分子排列，基于PBDTT1Cl給體材料的器件顯示出高且平衡的載流子遷移率以及更長(zhǎng)的電荷分離態(tài)壽命。最終基于PBDTT1Cl給體材料的器件獲得了17.10%的光電轉(zhuǎn)換效率以及0.19 eV的低非輻射能量損失。同時(shí)，PBDTT1Cl也表現(xiàn)出了優(yōu)異的FOM值和良好的普適性。這一研究結(jié)果為設(shè)計(jì)低成本高性能聚合物供體材料提供了一種簡(jiǎn)單有效的策略。

2、背景介紹：

  有機(jī)太陽(yáng)能電池因具有質(zhì)輕，廉價(jià)，可大面積印刷等優(yōu)點(diǎn)一直受到人們的廣泛關(guān)注。最近幾年得益于新型材料的開(kāi)發(fā)，特別是非富勒烯受體材料的迅猛發(fā)展，有機(jī)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)突破19%，發(fā)展前景廣闊。一般來(lái)說(shuō)，高性能非富勒烯受體材料分子內(nèi)存在強(qiáng)電子推拉效應(yīng)，使其吸收光譜能延伸至近紅外區(qū)，因此就需要匹配寬帶隙給體材料來(lái)獲得高短路電流密度，從而實(shí)現(xiàn)高光電轉(zhuǎn)換效率。和日益豐富的非富勒烯受體材料相比，高性能的聚合物給體材料的種類顯得尤為不足，并且現(xiàn)有的高效聚合物給體材料通常合成難度大、收率低，因而普遍價(jià)格昂貴。因此開(kāi)發(fā)高效且便宜的寬帶隙給體材料就顯得非常迫切。

3、研究出發(fā)點(diǎn)：

  采用D-A型結(jié)構(gòu)的材料易于調(diào)節(jié)分子能級(jí)和吸收光譜，但分子內(nèi)的強(qiáng)推拉電子作用往往使材料具有較小的光學(xué)帶隙。而設(shè)計(jì)合成D-D型的分子結(jié)構(gòu)來(lái)減弱分子內(nèi)的推拉電子作用可以有效擴(kuò)寬分子的光學(xué)帶隙。同時(shí)課題組在前期的研究中發(fā)現(xiàn)與相應(yīng)的無(wú)規(guī)聚合物相比，區(qū)域規(guī)整聚合物通常具有較大的吸光系數(shù)，并且容易形成更緊密的分子堆積（Macromolecules 2018, 51, 8646）。基于區(qū)域規(guī)整聚合物的器件通常可以獲得更好的光伏性能。基于以上考慮，他們?cè)O(shè)計(jì)合成了三種D-D型BDT類聚合物給體材料。通過(guò)噻吩橋上氯原子引入數(shù)量的不同來(lái)調(diào)節(jié)分子間的相互作用以獲得更有序的分子堆積以及更小的分子間π-π堆疊距離。最終基于聚合物給體材料PBDTT1Cl的器件獲得了最高17.10%的光電轉(zhuǎn)換效率以及0.19 eV的低非輻射能量損失。同時(shí)，PBDTT1Cl也表現(xiàn)出了優(yōu)異的FOM值和良好的普適性。

4、圖文解析：

Scheme 1. The chemical structure of Y18-1F and the synthetic routes of PBDTT, PBDTT1Cl, and PBDTT2Cl.

Figure 1. (a) Normalized absorption of Y18-1F, PBDTT, PBDTT1Cl, and PBDTT2Cl as thin films; (b) energy diagram of devices.

Figure 2. Characteristic curves of PBDTTs:Y18-1F-based devices: (a) J–V curves; (b) EQEs curves; (c) photocurrent density (J_ph) vs. effective voltage (V_eff); (d) short-circuit current density (J_sc) vs. light intensity; (e) The PCE-E_g^opt data of efficient OPVs reported in recent years; (f) The PCE-?E_nr data of efficient OPVs reported in recent years.

Figure 3. (a) GIWAXS patterns of the neat/blend films of PBDTT, PBDTT1Cl, and PBDTT2Cl. (b) The corresponding scattering profiles of the neat and blend films.

Figure 4. Contour plot of time-resolved absorption difference spectra of (a) PBDTT:Y18-1F, (c) PBDTT1Cl:Y18-1F, and (e) PBDTT2Cl:Y18-1F blend films. TA spectra of (b) PBDTT:Y18-1F, (d) PBDTT1Cl:Y18-1F, and (f) PBDTT2Cl:Y18-1F blend films recorded at selected decay times.

5、總結(jié)與展望：

  改變以往D-A交替的分子骨架，采用D-D交替的分子骨架來(lái)獲得寬帶隙聚合物給體材料。通過(guò)噻吩橋上氯原子引入數(shù)量的不同來(lái)調(diào)節(jié)分子間的相互作用以獲得更有序的分子堆疊以及更緊密的分子間π-π堆疊距離，最終獲得了高性能、易合成以及良好普適性的聚合物給體材料。他們的這一工作為設(shè)計(jì)高性能、低成本的聚合物給體材料提供了一種簡(jiǎn)單有效的策略。

  該工作以Chlorination Enabling a Low-cost Benzodithiophene-based Wide-bandgap Donor Polymer with an Efficiency of over 17%為題發(fā)表在《Advanced Materials》。文章第一作者為青島大學(xué)汪航，共同第一作者為北京師范大學(xué)路皓。文章通訊作者為劉亞輝教授、徐新軍教授和薄志山教授。通訊單位為青島大學(xué)和北京師范大學(xué)。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202105483 

招聘啟事：

  青島大學(xué)功能染料與應(yīng)用技術(shù)研究院高薪誠(chéng)聘博士后若干人，也同時(shí)招收2022年入學(xué)的碩士及博士。課題組致力于光電材料與器件的研究，包括太陽(yáng)能電池材料、器件物理、鈣鈦礦太陽(yáng)能電池、發(fā)光二極管和柔性可穿戴器件等，博士后招聘詳情請(qǐng)?jiān)L問(wèn)（http://rlzy.qdu.edu.cn/info/1010/1779.htm）。只要你有激情有夢(mèng)想，請(qǐng)加入該團(tuán)隊(duì)一起相聚在青島開(kāi)創(chuàng)未來(lái)，有意者請(qǐng)聯(lián)系：liuyh@qdu.edu.cn.