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  近年來，隨著供體-受體型 (D-A型) 交替共軛聚合物材料結(jié)構(gòu)及其電池器件工藝的不斷優(yōu)化，聚合物太陽能電池器件的能量轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)得到了顯著提升。然而，值得注意的是，隨著研究的深入，現(xiàn)有的電子供體單元和受體單元可能組合而成的聚合物已經(jīng)基本用盡，很難在此基礎(chǔ)上開發(fā)新型聚合物來進(jìn)一步提高效率。與此同時(shí)，此類D-A交替共軛聚合物材料也具有以下限制：1) 單一材料難以實(shí)現(xiàn)全光譜響應(yīng)；2) 調(diào)節(jié)溶解性的手段單一，主要靠烷基鏈的改變，并且部分體系中較難實(shí)現(xiàn)材料溶解性能和分子堆積性能的有效平衡；3) 開發(fā)新型而且匹配的電子供體單元和受體單元來實(shí)現(xiàn)高性能D-A交替共軛聚合物的成本較高，難度也越來越大。而這些問題在一定程度上都限制了D-A交替共軛聚合物材料及器件性能的進(jìn)一步提升。

  目前研究者們已經(jīng)通過構(gòu)筑疊層太陽能電池器件和多元共混太陽能電池器件等策略來解決上述問題，尤其是改善材料的寬光譜響應(yīng)特性，進(jìn)而獲得較高的太陽能電池效率；但是值得一提的是，通過構(gòu)筑D-A型三元共軛聚合物無疑從分子層面為解決上述問題提供了一種思路 (圖1)：三元共軛聚合物不僅可以通過結(jié)構(gòu)單元之間的相互調(diào)控實(shí)現(xiàn)材料性能和器件效率的提升，也可以利用各單元之間的比例改變進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)性能調(diào)節(jié)，最終為實(shí)現(xiàn)高效太陽能電池器件的構(gòu)筑奠定基礎(chǔ)。

圖 1. 供體-受體型三元共軛聚合物的構(gòu)筑方法示意圖。

  基于D-A型三元共軛聚合物在太陽能電池器件中的應(yīng)用潛力，近日瑞典查爾姆斯理工大學(xué)王二剛教授等從電池給體材料和受體材料兩方面出發(fā)，系統(tǒng)評述了近年來D-A型 (2D-1A和1D-2A) 三元共軛聚合物的研究進(jìn)展，并充分比較了其光物理性能、電荷傳輸性能以及光伏器件性能等；同時(shí)也深入探討了三元共軛聚合物中分子規(guī)整度對材料性能的調(diào)控和影響規(guī)律。

研究發(fā)現(xiàn)：

• 1) 1D2A型三元共軛聚合物有利于獲得較為寬廣的光吸收性能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電池器件中短路電流的提升；

• 2) 基于2D1A三元共軛聚合物的太陽能電池器件則通常會顯示出較高的開路電壓；

• 3) 相較于無規(guī)共聚物，1D2A結(jié)構(gòu)規(guī)整型 (即D-A1-D-A2) 三元聚合物具有較好的分子規(guī)整度，有利于分子堆砌和電荷傳輸，從而在實(shí)現(xiàn)器件短路電流和開路電壓的平衡和匹配方面具有一定的優(yōu)勢。

  除此之外，研究人員也指出相較于D-A交替共軛聚合物，目前針對D-A型三元共軛聚合物，尤其是其作為受體材料的研究仍然較為有限。因此，如果能夠更加系統(tǒng)和深入的研究D-A型三元共軛聚合物中材料結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系，獲得高性能材料的分子設(shè)計(jì)規(guī)律，該類聚合物將會為實(shí)現(xiàn)聚合物太陽能電池器件的高效能量轉(zhuǎn)換提供新的思路和方法。

  該論文在線發(fā)表于Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201807019) 上，論文作者分別為西安交通大學(xué)黨東鋒副教授，丹麥奧爾堡大學(xué)于冬宏副教授和瑞典查爾姆斯理工大學(xué)王二剛教授。該研究受到了瑞典基金委員會、瓦倫堡基金會、國家自然科學(xué)基金委員會 (51603165, 21728401) 以及丹麥創(chuàng)新基金等的支持。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201807019