image: 照片中给出了三种聚合物受体的合成路线，然后对其对应的薄膜进行了掠入射广角x射线散射(GIWAXS)和电子迁移率表征。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
近日，《国家科学评论》杂志在线发表了武汉大学高等研究院闵杰研究员团队的最新研究成果，该研究团队基于非富勒烯小分子Y5-C20骨架，与不同的电子连接体单元（呋喃，噻吩，硒吩）通过“小分子聚合策略”获得一系列聚合物受体材料（PY-O，PY-S，PY-Se）。通过简单且有效的分子结构设计，实现了聚集态结构和给受体的混溶性的协同优化，制备了高性能、高稳定性的聚合物体系。
通过系统的研究表明：电子连接单元显著影响了聚合物受体的物理化学性质、分子间相互作用力及其电荷传输性质。相比于其他两种聚合物受体材料，PY-Se表现出较高结晶性，这可归因于PY-Se分子间较强相互作用力。此外，以PBDB-T聚合物为给体材料匹配不同的聚合物受体材料，可以发现PBDB-T:PY-Se体系获得了15.48%，远高于PBDB-T:PY-O（9.80%）和PBDB-T:PY-S（14.16%）器件。另外，研究人员系统分析了不同电子连接单元对分子间相互作用和分子相容性的影响，并与活性层的微观形貌和物理机制及其器件效率建立关联，强调该分子结构调制策略的优势。同时研究人员对活性层的相关稳定性进行了研究，结果表明PBDB-T：PY-Se全聚合物体系具有较良好的存储稳定性和光稳定性。此外，研究人员发现，相比于聚合物给体-小分子受体光伏体系，全聚合物体系普遍具有较好的机械性能，这可主要归因于聚合物链的相互缠结增加了活性层的韧性。总之，PBDB-T：PY-Se全聚合物体系具有较强的分子间相互作用力和合适的给受体相容性，从而展示出高光电转化效率的活性层形貌，同时保持了相对稳定的分子聚集态，因此具有更加优异的综合性能指标。
文章认为，电子连接单元的精准修饰可以有效实现改善分子间相互作用和分子结晶行为以及给受体材料的相容性，对提高all-PSCs以及其他类型OPV的器件性能和稳定性具有重要意义。
研究详情请见原文：
Tailoring polymer acceptors by electron linkers for achieving efficient and stable all-polymer solar cells
https://doi.org/10.1093/nsr/nwab151
Journal
National Science Review