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  近年來，隨著供體-受體型 (D-A型) 交替共軛聚合物材料結構及其電池器件工藝的不斷優化，聚合物太陽能電池器件的能量轉換效率已經得到了顯著提升。然而，值得注意的是，隨著研究的深入，現有的電子供體單元和受體單元可能組合而成的聚合物已經基本用盡，很難在此基礎上開發新型聚合物來進一步提高效率。與此同時，此類D-A交替共軛聚合物材料也具有以下限制：1) 單一材料難以實現全光譜響應；2) 調節溶解性的手段單一，主要靠烷基鏈的改變，并且部分體系中較難實現材料溶解性能和分子堆積性能的有效平衡；3) 開發新型而且匹配的電子供體單元和受體單元來實現高性能D-A交替共軛聚合物的成本較高，難度也越來越大。而這些問題在一定程度上都限制了D-A交替共軛聚合物材料及器件性能的進一步提升。

  目前研究者們已經通過構筑疊層太陽能電池器件和多元共混太陽能電池器件等策略來解決上述問題，尤其是改善材料的寬光譜響應特性，進而獲得較高的太陽能電池效率；但是值得一提的是，通過構筑D-A型三元共軛聚合物無疑從分子層面為解決上述問題提供了一種思路 (圖1)：三元共軛聚合物不僅可以通過結構單元之間的相互調控實現材料性能和器件效率的提升，也可以利用各單元之間的比例改變進一步實現性能調節，最終為實現高效太陽能電池器件的構筑奠定基礎。

圖 1. 供體-受體型三元共軛聚合物的構筑方法示意圖。

  基于D-A型三元共軛聚合物在太陽能電池器件中的應用潛力，近日瑞典查爾姆斯理工大學王二剛教授等從電池給體材料和受體材料兩方面出發，系統評述了近年來D-A型 (2D-1A和1D-2A) 三元共軛聚合物的研究進展，并充分比較了其光物理性能、電荷傳輸性能以及光伏器件性能等；同時也深入探討了三元共軛聚合物中分子規整度對材料性能的調控和影響規律。

研究發現：

• 1) 1D2A型三元共軛聚合物有利于獲得較為寬廣的光吸收性能，進而實現電池器件中短路電流的提升；

• 2) 基于2D1A三元共軛聚合物的太陽能電池器件則通常會顯示出較高的開路電壓；

• 3) 相較于無規共聚物，1D2A結構規整型 (即D-A1-D-A2) 三元聚合物具有較好的分子規整度，有利于分子堆砌和電荷傳輸，從而在實現器件短路電流和開路電壓的平衡和匹配方面具有一定的優勢。

  除此之外，研究人員也指出相較于D-A交替共軛聚合物，目前針對D-A型三元共軛聚合物，尤其是其作為受體材料的研究仍然較為有限。因此，如果能夠更加系統和深入的研究D-A型三元共軛聚合物中材料結構和性能之間的關系，獲得高性能材料的分子設計規律，該類聚合物將會為實現聚合物太陽能電池器件的高效能量轉換提供新的思路和方法。

  該論文在線發表于Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201807019) 上，論文作者分別為西安交通大學黨東鋒副教授，丹麥奧爾堡大學于冬宏副教授和瑞典查爾姆斯理工大學王二剛教授。該研究受到了瑞典基金委員會、瓦倫堡基金會、國家自然科學基金委員會 (51603165, 21728401) 以及丹麥創新基金等的支持。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201807019