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  聚合物太陽能電池具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可以滿足不同的應(yīng)用需求，因此具有巨大的發(fā)展?jié)摿�，自問世以來便受到廣泛關(guān)注。經(jīng)過三十年的發(fā)展，研究人員設(shè)計(jì)合成出了大量的共軛聚合物光伏材料，相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換效率最高已經(jīng)超過了14%。為了進(jìn)一步提升性能，需要深入研究共軛聚合物光伏材料的構(gòu)效關(guān)系。

  聚噻吩乙烯是一類很有代表性的共軛聚合物材料。具有分子平面性好、共軛程度優(yōu)異、載流子遷移率高等優(yōu)勢(shì)。然而，噻吩乙烯類聚合物的光伏性能卻不高。論文的第一作者王曉晨博士及合作者在2013年發(fā)表文章闡述了噻吩乙烯聚合物的能量損失（電壓損失）遠(yuǎn)超過聚合物光伏材料的平均水平，這可能是導(dǎo)致其光伏性能差的重要原因。幾年來，這一現(xiàn)象的內(nèi)部原因仍然不是很清楚。噻吩-乙烯-噻吩(TVT)單元是噻吩乙烯結(jié)構(gòu)構(gòu)筑單元的典型代表，基于TVT單元的聚合物材料遷移率屢次打破世界紀(jì)錄，目前已達(dá)11 cm2 V?1 s?1。然而，同樣，基于TVT單元的聚合物材料光伏性能也較差，光電轉(zhuǎn)換效率絕大部分都小于6%，能量損失集中在0.8-1.2 eV, 如圖1所示。

圖1. 基于TVT衍生物的聚合物光伏材料能量損失與效率

  周二軍研究員團(tuán)隊(duì)通過稠合將TVT單元中獨(dú)立的雙鍵與鄰近噻吩環(huán)稠合，形成ETVT單元，通過電子云結(jié)構(gòu)重構(gòu)前后的變化，研究噻吩乙烯類聚合物材料結(jié)構(gòu)-能量損失-效率之間的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)稠合有利于提高聚合物的光伏性能，降低器件的能量損失。尤其，在基于ITIC的非富勒烯聚合物太陽能電池中，稠合后的聚合物光電轉(zhuǎn)換效率提高了一倍以上，如圖2所示，能量損失從典型的0.8 eV降低到了0.67 eV，如圖1所示。

圖2. 聚合物結(jié)構(gòu)與光伏性能

  相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在Macromolecules (DOI: 10.1021/acs.macromol.8b00805)上，本論文第一作者為國(guó)家納米科學(xué)中心副研究員王曉晨博士，通訊作者為周二軍研究員。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.8b00805