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  隨著Y系列受體材料的開發(fā)，單結(jié)非富勒烯有機(jī)太陽(yáng)能電池（OSC）的能量轉(zhuǎn)化效率（PCE）已超過(guò)18%，達(dá)到初步商業(yè)水平。為了進(jìn)一步提高PCE，給體和受體之間的吸收區(qū)域、能級(jí)和理想形貌的合理匹配是十分必要的。其中，給體通常是高分子量的聚合物，因?yàn)楦叻肿恿客ǔ０殡S著良好的結(jié)晶度，有利于分子間電荷轉(zhuǎn)移。然而，高分子量聚合物通常伴有一些固有的缺點(diǎn)，例如溶解性較差，聚合難度高，材料批次差異大等。現(xiàn)在化學(xué)家通過(guò)采用混合溶劑或新型催化劑能使聚合物達(dá)到高分子量，但過(guò)高的分子量通常會(huì)造成材料大的相分離尺寸，影響了材料性能。因此在保證聚合物擁有足夠結(jié)晶性的同時(shí)，合理調(diào)控分子量，減少材料批次差異是保證有機(jī)太陽(yáng)能電池商業(yè)化的前提。2019年，中科院化學(xué)研究所的胡文平研究員提出一種共軛介觀聚合物（數(shù)均分子量(M_n)在1-10 kDa之間）的概念，集中的分子量天然地帶有批次差異小的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)這類聚合物還有合成簡(jiǎn)單、分子缺陷少、溶液可加工性好等優(yōu)點(diǎn)(Nat. Chem. 2019, 11, 271–277)。通過(guò)控制反應(yīng)時(shí)間或采用不同的聚合工藝，可以很容易地獲得合適分子量的介觀聚合物。在有機(jī)光伏領(lǐng)域，介觀聚合物作為有機(jī)光伏材料的應(yīng)用還不多見，因此，設(shè)計(jì)合成一種高效率低批次差異的介觀聚合物給體材料是一個(gè)有意義的研究課題。

圖1. 小分子、介觀聚合物、聚合物的特性，以及在有機(jī)光伏中的應(yīng)用

圖2. (a) 給、受體材料結(jié)構(gòu)；(b) 介觀聚合物MePBDFCl_L和MePBDFCl_H以及聚合物PBDFCl在溶液和薄膜中的紫外吸收光譜; (c) OSCs器件中使用的相關(guān)材料的能級(jí)圖。

圖3. 三種材料單組分和混合組分的活性層薄膜形貌

圖4. 介觀聚合物和傳統(tǒng)聚合物批次PCE差異、活性層微結(jié)構(gòu)示意圖以及含有BDF單元光伏材料近些年的PCE進(jìn)展

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202105430

  通訊作者簡(jiǎn)介：

  霍利軍，北京航空航天大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。主要從事有機(jī)太陽(yáng)能電池和聚合物半導(dǎo)體材料與器件的研究。近年來(lái)，在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Macromolecules等雜志發(fā)表研究性論文100余篇，并被SCI期刊引用超過(guò)14000次，H-index 為54。近5年以第一發(fā)明人申請(qǐng)中國(guó)專利7件，授權(quán)5件。

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