南方科技大学何凤教授课题组AFM：异构化效应在全聚物太阳能电池中的应用

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随着人类社会的不断发展，能源紧缺与环境污染等问题逐渐显现，寻找和发展清洁、可持续、无污染的能源供给成为当今研究的热点。太阳能具有蕴含量最大、覆盖范围最广等优势，因而如何合理高效利用太阳能成为解决能源危机的最有效的途径。有机太阳能电池由于以有机物为活性层，因而具有生产成本低廉、原料来源广等优势，因而有望降低商业化应用的成本。有机聚合物具有高的稳定性、柔韧性等特点，在弯折拉伸等外部机械力的作用下仍能保持高效性，因而全聚合物太阳能电池更适合于柔性器件的制备，是未来发展的趋势。而全聚物太阳能电池聚合物受体材料的匮乏的发展迟缓，因而设计与发展聚合物受体具有极为重要的意义。

图1 a) m-Br-IC,γ-Br-IC 和δ-Br-IC的合成路线；b) PBTIC-γ-2F2T, PBTIC-δ-2F2T, PBTIC-m-2F2T 和 PBTIC-γ-2T的结构

目前，多数基于聚合小分子的聚合物受体材料多以溴位置不确定的聚合单体聚合而来，这一方面使得聚合物链的有序性遭到破坏，另一方也会带来聚合物材料的重现性的问题。基于此，南方科技大学何凤教授课题组利用重结晶的方式，将两个不同位置的溴代端基进行分离，并合成了γ和δ两个位置的聚合单体γ-Br-BTIC和δ-Br-BTIC。研究发现，聚合物单体中溴元素的位置不同，聚合所得的材料在器件中表现出明显的差异。其中，γ位置的聚合物PBTIC-γ-2F2T可以给出最优的结果，相应的器件效率为14.34%。而δ位置的聚合物PBTIC-δ-2F2T表现出极强的聚集性，难溶于一些常见的溶剂，如二氯甲烷，三氯甲烷，氯苯，邻二氯苯等，在器件中的几乎无法得到光伏相应。此外，该小组还合成了基于混合单体的聚合物材料，PBTIC-m-2F2T，尽管该材料聚合良好的溶解性，但是相应的器件效率仅为3.26%。

图2 a) PBTIC-γ-2F2T, PBTIC-m-2F2T, PBTIC-γ-2T在氯仿溶液和薄膜中的吸收光谱；b) PM6, BTIC-γ-2F2T, PBTIC-m-2F2T 和 PBTIC-γ-2T的能级分布；c) PBTIC-γ-2F2T, PBTIC-m-2F2T 和PBTIC-γ-2T的J-V曲线；d) PBTIC-γ-2F2T, PBTIC-m-2F2T, PBTIC-γ-2T的EQE谱图。

随后该小组进一步合成了没有氟取代的γ位置的聚合物材料，PBTIC-γ-2T。该材料表现出的效率为11.92%，略低于氟取代的材料PBTIC-γ-2F2T，这表明不同的链接片段对材料的性能同样具有一定的影响。不过值得注意的是，PBTIC-γ-2T的性能依然远高于PBTIC-δ-2F2T和PBTIC-m-2F2T，这表明γ位置的聚合有望进一步提供更高效率聚合物受体。

以上相关成果今日在Advanced Functional Materials上发表，王恒涛博士和陈晖博士为共同一作，何凤教授为通讯作者。

文章信息：

Hengtao Wang, Hui Chen, Weicheng Xie, Hanjian Lai, Tingxing Zhao, Yulin Zhu, Lin Chen, Chunxian Ke, Nan Zheng, and Feng He*

Configurational Isomers Induced Significant Difference in All-Polymer Solar Cells

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202100877

DOI: 10.1002/adfm.202100877 (Adv. Funct. Mater. 2021, 2100877)

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