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  近年來，以非富勒烯受體材料制備的聚合物有機太陽能電池備受關(guān)注，光電轉(zhuǎn)換效率顯著提高。與傳統(tǒng)富勒烯受體制備的聚合物有機太陽能電池相比，非富勒烯聚合物有機太陽能電池的巨大成功源于其具有非常強的吸收、容易調(diào)控的分子能級、優(yōu)良的形貌穩(wěn)定性等優(yōu)勢。隨著新材料的不斷開發(fā)，光電轉(zhuǎn)換效率的不斷提升已經(jīng)習(xí)以為常。但是，就其未來實際應(yīng)用而言，繁瑣嚴(yán)苛的合成步驟、較低的產(chǎn)率以及嚴(yán)重的批次差異使得其低成本大面積制備仍面臨著巨大挑戰(zhàn)。與此同時，對環(huán)境有害的有毒性中間體（如有機錫中間體）的使用也與綠色能源的目標(biāo)背道而馳。因此，研究如何實現(xiàn)低成本、大面積、環(huán)境友好地制備高性能非富勒烯聚合物有機太陽能電池至關(guān)重要。

  就聚合物給體材料而言，聚三己基噻吩（P3HT）是最容易低成本大量生產(chǎn)且批次差異可控的聚合物材料之一。因此，P3HT是非常適合商業(yè)化生產(chǎn)的聚合物給體材料。盡管科研工作者對P3HT進(jìn)行了廣泛研究，其光電轉(zhuǎn)換效率仍不足8%。而且上述效率的實現(xiàn)常常依賴含鹵溶劑以及添加劑對其形貌進(jìn)行調(diào)控。含鹵溶劑及添加劑不利于人們身體健康并破壞生態(tài)環(huán)境。此外，熱退火工藝也被廣泛用于P3HT形貌的調(diào)控。熱退火增加了能耗和制備工藝復(fù)雜性，進(jìn)而增加了制造成本。

圖1.（a）P3HT與TrBTIC的化學(xué)結(jié)構(gòu)；（b）P3HT:TrBTIC聚集隨溶液老化時間變化示意圖；（c）TrBTIC在TMB中的紫外-可見吸收光譜；（d）不同溶液老化時間制備的P3HT和TrBTIC薄膜的的紫外-可見吸收光譜；不同溶液老化時間制備的P3HT:TrBTIC共混薄膜的的紫外-可見吸收光譜。

  針對上述問題，四川大學(xué)彭強教授團(tuán)隊以三聚茚（truxene）為核，苯并噻二唑-氰基茚滿二酮缺電基團(tuán)作為端基，合成了全新小分子受體TrBTIC，與P3HT共混，制備了高性能非富勒烯聚合物有機太陽能電池。TrBTIC具有1.80 eV的光學(xué)帶隙以及-5.56/-3.62 eV的最高占據(jù)軌道/最低空軌道（HOMO/LUMO）能級，與P3HT形成較好地吸收互補和能級匹配。在器件制備過程中，他們發(fā)現(xiàn)，P3HT能夠在熱（60 ℃）的1,2,4-三甲苯（TMB）中很好地溶解，但是室溫條件下P3HT會緩慢地聚集。利用這一特性，該團(tuán)隊通過調(diào)節(jié)溶劑在室溫下的老化時間，控制P3HT:TrBTIC在溶液中的預(yù)聚集。當(dāng)溶劑老化40分鐘后，活性層獲得了最優(yōu)化的相分離形貌，光電轉(zhuǎn)換效率從6.62%顯著提升至8.25%，成為目前基于P3HT的有機太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的新紀(jì)錄。該方法使用了綠色溶劑，而且無須添加劑和任何后處理工藝，這種簡單高效的制備方法有利于未來的商業(yè)化生產(chǎn)，為低成本、高性能的非富勒烯有機太陽能電池的形貌調(diào)控和性能提升提供了新的解決思路。

圖2.不同溶劑老化時間制備的P3HT:TrBTIC器件的（a）電流密度-電壓曲線和（b）外量子效率曲線；（c）基于P3HT的聚合物太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率-開路電壓關(guān)系對比；（d）基于P3HT的聚合物太陽能電池的短路電流密度-開路電壓關(guān)系對比。

  該成果于近期發(fā)表在Advanced Materials（Adv. Mater. 2019, 1906045）上。論文的第一作者為四川大學(xué)化學(xué)學(xué)院博士畢業(yè)生徐小鵬，目前在香港科技大學(xué)顏河教授課題組做博士后研究。通信作者為彭強教授，共同通信作者為于立揚副研究員。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201906045