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  給體材料的吸收光譜、HOMO能級(jí)以及與受體材料共混之后的形貌是決定聚合物太陽(yáng)能電池能量轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵因素。給電子側(cè)鏈烷硫鏈因硫原子具有空的d軌道而具有π吸電子性質(zhì)，蘇州大學(xué)李永舫院士團(tuán)隊(duì)的崔超華副教授等將烷硫鏈引入BDT單元，利用烷硫鏈這一獨(dú)特的特性有效降低給體材料的HOMO能級(jí)、提高器件開(kāi)路電壓，從而提高能量轉(zhuǎn)換效率（Energy Environ. Sci., 2014, 7, 2276–2284;Adv. Mater., 2015, 27, 7469–7475; Energy Environ. Sci., 2016, 9, 885–891）；另外，他們?cè)?011年首次報(bào)道了基于吸電子單元naphtho[2,3-c]thiophene-4,9-dione (NTDO)的聚合物給體材料，取得了5.21%的器件能量轉(zhuǎn)換效率（PCE），體現(xiàn)了NTDO單元在高效給體光伏材料設(shè)計(jì)上的潛力（Chem. Commun., 2011, 47, 11345–11347）。

  在前期的系列工作基礎(chǔ)上，最近，他們將烷硫鏈引入NTDO單元，設(shè)計(jì)合成了一種雙烷硫鏈取代的共軛聚合物PBN-S（Fig. 1）作為給體材料用于聚合物太陽(yáng)能電池，取得了優(yōu)異的光伏性能。PBN-S具有與非富勒烯受體IT-4F互補(bǔ)的吸收光譜及較低HOMO能級(jí)（Fig. 1）。以PBN-S為給體、IT-4F為受體制備聚合物太陽(yáng)能電池器件，PCE達(dá)到了13.10%。同時(shí)，基于PBN-S:IT-4F的半透明器件PCE也達(dá)到9.83%，可見(jiàn)光區(qū)（370-740 nm）平均透過(guò)率高達(dá)32%。不僅如此，PBN-S在大面積器件上也取得了突出的光伏性能：使用旋涂的方法制備的100 mm2器件，PCE為10.21%；使用刮涂的方法制備的100 mm2器件，PCE高達(dá)10.69%。不僅如此，基于PBN-S:IT-4F的器件具有良好的穩(wěn)定性，器件在手套箱或者空氣中放置（無(wú)需避光）100天，效率都能維持原始效率的80%以上（Fig. 2）。

Fig. 1 (a) Chemical structure of PBN-S. (b) Normalized UV-vis absorption spectra of PBN-S and IT-4F. (c) Energy level diagrams of PBN-S and IT-4F.

Fig. 2 Normalized photovoltaic parameters of (a) unencapsulated devices with conventional architecture of glass/ITO/PDEOT:PSS/PBN-S:IT-4F/ZnO/Al stored in a nitrogen-filled glove-box and (b) unencapsulated devices with inverted architecture of glass/ITO/ZnO/PBN-S:IT-4F/MoO3/Al stored in air.

  結(jié)果表明，基于雙烷硫鏈取代NTDO的聚合物給體材料PBN-S在未來(lái)高效聚合物太陽(yáng)能電池的實(shí)際應(yīng)用上具有巨大的潛力。

  相關(guān)研究成果近期發(fā)表在Energy & Environmental Science，第一作者為博士研究生吳月，通訊作者為崔超華副教授。

  論文鏈接：http://dx.doi.org/10.1039/C8EE03608J