武汉大学闵杰教授团队《Adv. Mater.》：具有高普适性的低成本聚合物给体_行业动态_化工资讯

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近年来，得益于窄带隙小分子受体（SMAs）特别是“Y”系列受体材料的出现，聚合物太阳能电池（PSCs）的能量转换效率（PCE）得到了迅速提高，目前已经超过19%。这些效率的提升也伴随着高效聚合物给体材料的设计开发，如PBDB-TF和D18。然而，高效、易合成、普适性好的聚合物给体材料仍然稀缺。因此，开发具有简单结构的通用型聚合物给体材料，以进一步提升PSC器件性能及其商业化潜力势在必行。

图 1 聚合物给体 PTz 3 Cl和PBTTz 3 Cl的合成路线

近期，武汉大学高等研究院闵杰教授团队基于结构简单的 4- 氯噻唑受体单元，设计合成了两个低成本的聚合物给体材料 PTz3Cl和PBTTz3Cl（图1 ）。对于 PBTTz3Cl而言，4- 氯噻唑单元引入烷基噻吩 π桥可以对分子能级、吸收光谱和聚集行为进行调控。与小分子受体L8-BO 共混后，基于 PBTTz3Cl:L8-BO 的器件效率为 18.38%；进一步引入小分子受体BTP-eC9 作为第三组分加入到 PBTTz3Cl:L8-BO 体系共混，所制备而成的三元器件实现了 19.12%的效率，是迄今为止报告的单结器件最高值之一。研究还发现PBTTz3Cl是一种通用的聚合物给体，可以与各类小分子受体材料进行搭配，并制备出高效的 PSCs（图2 ）。总之，这项工作提供了一种低成本缺电子单元的新设计结构，可用于构建高度通用的低成本、高性能聚合物给体材料。该工作以 “ A Versatile and Low-Cost Polymer Donor based on 4-Chlorothiazole for Highly Efficient Polymer Solar Cells ”发表在《 Advanced Materials 》上。武汉大学高等研究院博士生 邵一鸣 和硕士生高远为共同第一作者，武汉大学高等研究院闵杰教授为论文的通讯作者，武汉大学高等研究院孙瑞博士和张鹛媚老师在测试表征方面给予了帮助。该研究得到国家自然科学基金委和校内自主科研项目的支持。

图 2 基于 PBTTz3Cl和多种SMAs的器件效率

该工作是团队近期通过引入材料合成复杂性（ SC ），器件效率（ PCE ）和相关稳定性（光稳定性和光热稳定性）参数，提出新的 “材料评价指标 ”（i-FOM _1.0 和 i-FOM _2.0 ）相关研究的最新进展之一。理性评价光伏材料，需要综合考虑材料效率、稳定性和合成复杂程度（也即合成成本）三个评价因子。为此团队提出了综合评价材料性能新指标（ i-FOM _1.0 和 i-FOM _2.0 ），并获得两个重要发现： 1）效率高的光伏体系其综合性能指标并不一定高（Adv. Energy Mater. 2017, 7, 1700465 ）； 2）相比于最优器件效率情况下的活性层膜厚，较薄的活性层膜厚更有利于降低平准化能源成本值（ Joule, 2021, 5, 1209-1230; Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1700465 ）。该指标的提出指导了课题组在简单结构光伏材料的设计（ Adv. Mater., DOI: 10.1002/adma.202208750. ）以及高效率、高稳定性光伏体系的开发（如 Nat. Commun., 2020, 11, 1218; Joule, 2020, 4, 1070; Joule, 2021, 5, 1548; Joule, 2021, 5, 1800; Adv. Mater., DOI: 10.1002/adma.202209350 等）。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202208750

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