給受體材料間互補的吸收光譜、匹配的分子能級，以及良好的納米尺寸分離形貌是實現(xiàn)高效聚合物太陽能電池的關鍵。對光伏材料吸收光譜和分子能級的調控可通過許多簡單易行的分子設計策略直觀地實現(xiàn)；但由于活性層形貌受到諸多因素的影響，從分子結構層面實現(xiàn)對共混膜形貌的有效調控具有很大的挑戰(zhàn)性。
最近，蘇州大學李永舫院士團隊的崔超華副教授等通過聚合物給體材料上的共軛側鏈工程，簡單有效地實現(xiàn)了對共混膜形貌的優(yōu)化。他們將烷硫基噻吩取代的BDT單元和烷硫基苯基取代的BDT單元分別與NTDO單元共聚，設計合成了兩種聚合物給體材料PBNT-S和PBNP-S (如圖1)。PBNT-S和PBNP-S具有非常相似的吸收光譜和分子能級，說明BDT單元上兩種不同的共軛側基幾乎不影響聚合物的吸收光譜和能級。由于BDT單元上的噻吩基容易扭曲且具有多種構象，因此基于對稱性更好苯基取代的聚合物PBNP-S具有比PBNT-S更強的結晶性。將這兩種聚合物給體材料分別與強結晶性非富勒烯受體Y6共混制備光伏器件，PBNT-S:Y6共混膜表現(xiàn)出明顯過度結晶的大尺寸相分離結構，而PBNP-S:Y6共混膜則實現(xiàn)了有利于激子傳輸?shù)募{米相分離形貌。因此，基于PBNT-S:Y6器件的能量轉換效率僅為11.10%（填充因子僅為0.605），而基于PBNP-S:Y6器件的效率則高達14.31%（填充因子為0.694，如表1）。
結果表明，通過合理的共軛側鏈工程可從分子結構層面實現(xiàn)對共混膜形貌的精確調控，提升光伏器件性能。相關研究成果近日以“Conjugatedside-chains engineering of polymer donor enabling improved efficiency forpolymer solar cells”為題發(fā)表在《Journal of Materials Chemistry A》（2020，DOI：10.1039/D0TA01425G）。該論文將被收錄于2020 Journal of Materials Chemistry A Emerging Investigators Themed Issue。論文第一作者為碩士研究生范宏宇，通訊作者為崔超華副教授。
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