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　　具有兩維共軛結(jié)構(gòu)的苯并二噻吩類聚合物是由中科院化學(xué)所研究人員發(fā)展起來(lái)的一類高性能的聚合物光伏材料，這類材料具有寬吸收、高遷移率等突出優(yōu)點(diǎn)成為聚合物太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。近三年來(lái)，化學(xué)所高分子物理與化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員在兩維共軛聚合物光伏材料及其在聚合物太陽(yáng)能電池方面的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)研究。前期研究中，他們發(fā)現(xiàn)將苯并二噻吩類聚合物側(cè)鏈上的烷氧基換為共軛的噻吩烷基, 能量轉(zhuǎn)換效率都得到了有效的提升 (Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 9697-9702; Macromolecules 2012, 45, 3032-3038; Macromolecules 2012, 45, 9611-9617)。在此基礎(chǔ)上，他們對(duì)其分子結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)和光伏特性進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)擴(kuò)大共軛（Adv. Mater. 2012, 24, 3383-3389;Adv. Mater. 2013, 25, 3449-3455; J. Phys. Chem. C 2013, 117, 9550-9557）可以有效調(diào)節(jié)聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，引入吸電子基團(tuán)（2014, 26, 1118-1123; Adv. Mater. 2014, 26, 2089-2095）可以有效調(diào)節(jié)分子能級(jí)。 

　　最近，在中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家自然科學(xué)基金委、北京市科委和化學(xué)所的大力支持下，該課題組的研究人員又在上述工作基礎(chǔ)上將線性烷硫基取代的噻吩作為官能團(tuán)引入到苯并二噻吩類聚合物中，設(shè)計(jì)和合成了新型兩維共軛聚合物PBDT-TS1（見(jiàn)圖1a）。在最優(yōu)條件下，基于PBDT-TS1:PC₇₁BM的正向結(jié)構(gòu)聚合物太陽(yáng)能電池能量轉(zhuǎn)化效率高達(dá)9.48%，為目前具有同類結(jié)構(gòu)的聚合物光伏器件的文獻(xiàn)報(bào)道最高值。原子力顯微鏡、透射電鏡以及X射線衍射等測(cè)試表明PBDT-TS1能形成了具有10-20 nm尺度的互穿網(wǎng)絡(luò)和良好的pi-pi堆積，因而獲得了較高的能量轉(zhuǎn)換效率。研究結(jié)果發(fā)表在美國(guó)化學(xué)會(huì)《化學(xué)材料》期刊上(Chem. Mater. 2014, 26, 3603-3605)，引起同行的廣泛興趣，并成為發(fā)表當(dāng)月該期刊下載量前十。此外，他們將硒吩烷基作為共軛側(cè)鏈引入到苯并二噻吩類聚合物，設(shè)計(jì)和合成的兩維共軛聚合物PBDTTT-EFS（見(jiàn)圖1b）也能獲得高達(dá)8.78%的能量轉(zhuǎn)換效率（Macromolecules, 2014, 47, 4653-4659）。 

　　基于高效兩維共軛聚合物光伏材料的系列研究成果，他們應(yīng)邀在美國(guó)化學(xué)會(huì)《化學(xué)研究述評(píng)》期刊發(fā)表了綜述論文（Acc. Chem. Res., 2014, 47, 1595-1603），總結(jié)了兩維共軛聚合物光伏材料的分子設(shè)計(jì)策略(圖2)。 

圖1 新型兩維共軛聚合物PBDT-TS1的分子結(jié)構(gòu)及其器件性能 

圖2 兩維共軛聚合物的分子設(shè)計(jì)