近年來，有機太陽能電池發展迅速，給/受體雙組分有機太陽能電池活性層通過優化分子結構成為了提高光電轉換效率（PCE）的重要途徑。其中，側鏈工程具備調控活性層材料的溶解度，優化分子形貌等優點，成為了目前提高光伏器件效率的重要策略之一。然而，通過給/受體的側鏈工程往往只能實現器件填充因子（FF）或短路電流（Jsc）等單一調控器件單一參數的調控，很難實現器件整體工作參數全面提高。
近日，南昌大學化學學院陳義旺教授和諶烈教授課題組與北京航天航空大學孫艷明教授課題組合作，合成了三個基于苯并三氮唑（FTAZ）不同側鏈長度的新型寬帶隙聚合物給體材料，L24，L68 和 L810。研究表明，通過在苯并二噻吩（BDT）單元中引入單個氯(Cl)原子，一方面能夠有效降低最高占有軌道(HOMO)能級，降低分子主鏈的扭轉角；另一方面能提高聚合的反應活性，從而大大提高了聚合物材料的分子量，解決給體材料分子量不足導致器件性能難以提高的問題。更重要的是，通過精準調控FTAZ單元側鏈長度，明顯提高了光譜吸收，分子取向更傾向于Face-on堆疊方式，優化了活性層中相分離尺寸，活性層形貌得到顯著改善，最終實現了短路電流(Jsc)，填充因子(FF)，甚至包括開路電壓(Voc)三個器件參數的全面顯著提高。其中，聚合物L810實現了12.1%的能量轉換效率，伴隨的外量子效率(EQE)的吸收光譜從500nm到800nm一直維持高達80%，這也是目前基于FTAZ單元聚合物給體材料的最高效率之一。
圖一 (a)和(b) 分別為J91, L24,L68,L810的DFT模擬計算圖; (c)BDT-4F和BDT-2Cl中BDT上α位的反應活性對比。
圖2 三個聚合物材料制備器件的I-V曲線圖。
相關工作發表在Advanced Functional Materials上，文章第一作者是南昌大學化學學院的碩士研究生廖志輝，北京航天航空大學的博士研究生謝遠鵬為共同一作，南昌大學陳義旺教授和諶烈教授以及北京航天航空大學孫艷明教授為共同通訊作者。Zhihui Liao, Yuanpeng Xie, Lie Chen*, Yun Tan, Shaorong Huang, Yongkang An, Hwa Sook Ryu, Xiangchuan Meng, Xunfan Liao, Bin Huang, Qian Xie, Han Young Woo, Yanming Sun*, and Yiwang Chen*. Fluorobenzotriazole (FTAZ)-Based Polymer Donor Enables Organic Solar Cells Exceeding 12% Efficiency, Adv. Funct. Mater. 2019, 1808828.
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