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1、 全文速覽：

  設(shè)計(jì)合成了三種BDT類區(qū)域規(guī)整的聚合物給體材料。得益于D-D型的分子骨架，聚合物顯示出非常寬的光學(xué)帶隙，能夠很好地與窄帶隙非富勒烯受體匹配。其中單氯取代的區(qū)域規(guī)整聚合物給體材料PBDTT1Cl具有更規(guī)整、更緊密的分子排列，基于PBDTT1Cl給體材料的器件顯示出高且平衡的載流子遷移率以及更長的電荷分離態(tài)壽命。最終基于PBDTT1Cl給體材料的器件獲得了17.10%的光電轉(zhuǎn)換效率以及0.19 eV的低非輻射能量損失。同時(shí)，PBDTT1Cl也表現(xiàn)出了優(yōu)異的FOM值和良好的普適性。這一研究結(jié)果為設(shè)計(jì)低成本高性能聚合物供體材料提供了一種簡單有效的策略。

2、背景介紹：

  有機(jī)太陽能電池因具有質(zhì)輕，廉價(jià)，可大面積印刷等優(yōu)點(diǎn)一直受到人們的廣泛關(guān)注。最近幾年得益于新型材料的開發(fā)，特別是非富勒烯受體材料的迅猛發(fā)展，有機(jī)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)突破19%，發(fā)展前景廣闊。一般來說，高性能非富勒烯受體材料分子內(nèi)存在強(qiáng)電子推拉效應(yīng)，使其吸收光譜能延伸至近紅外區(qū)，因此就需要匹配寬帶隙給體材料來獲得高短路電流密度，從而實(shí)現(xiàn)高光電轉(zhuǎn)換效率。和日益豐富的非富勒烯受體材料相比，高性能的聚合物給體材料的種類顯得尤為不足，并且現(xiàn)有的高效聚合物給體材料通常合成難度大、收率低，因而普遍價(jià)格昂貴。因此開發(fā)高效且便宜的寬帶隙給體材料就顯得非常迫切。

3、研究出發(fā)點(diǎn)：

  采用D-A型結(jié)構(gòu)的材料易于調(diào)節(jié)分子能級(jí)和吸收光譜，但分子內(nèi)的強(qiáng)推拉電子作用往往使材料具有較小的光學(xué)帶隙。而設(shè)計(jì)合成D-D型的分子結(jié)構(gòu)來減弱分子內(nèi)的推拉電子作用可以有效擴(kuò)寬分子的光學(xué)帶隙。同時(shí)課題組在前期的研究中發(fā)現(xiàn)與相應(yīng)的無規(guī)聚合物相比，區(qū)域規(guī)整聚合物通常具有較大的吸光系數(shù)，并且容易形成更緊密的分子堆積（Macromolecules 2018, 51, 8646）�；趨^(qū)域規(guī)整聚合物的器件通�？梢垣@得更好的光伏性能。基于以上考慮，他們?cè)O(shè)計(jì)合成了三種D-D型BDT類聚合物給體材料。通過噻吩橋上氯原子引入數(shù)量的不同來調(diào)節(jié)分子間的相互作用以獲得更有序的分子堆積以及更小的分子間π-π堆疊距離。最終基于聚合物給體材料PBDTT1Cl的器件獲得了最高17.10%的光電轉(zhuǎn)換效率以及0.19 eV的低非輻射能量損失。同時(shí)，PBDTT1Cl也表現(xiàn)出了優(yōu)異的FOM值和良好的普適性。

4、圖文解析：

Scheme 1. The chemical structure of Y18-1F and the synthetic routes of PBDTT, PBDTT1Cl, and PBDTT2Cl.

Figure 1. (a) Normalized absorption of Y18-1F, PBDTT, PBDTT1Cl, and PBDTT2Cl as thin films; (b) energy diagram of devices.

Figure 2. Characteristic curves of PBDTTs:Y18-1F-based devices: (a) J–V curves; (b) EQEs curves; (c) photocurrent density (J_ph) vs. effective voltage (V_eff); (d) short-circuit current density (J_sc) vs. light intensity; (e) The PCE-E_g^opt data of efficient OPVs reported in recent years; (f) The PCE-?E_nr data of efficient OPVs reported in recent years.

Figure 3. (a) GIWAXS patterns of the neat/blend films of PBDTT, PBDTT1Cl, and PBDTT2Cl. (b) The corresponding scattering profiles of the neat and blend films.

Figure 4. Contour plot of time-resolved absorption difference spectra of (a) PBDTT:Y18-1F, (c) PBDTT1Cl:Y18-1F, and (e) PBDTT2Cl:Y18-1F blend films. TA spectra of (b) PBDTT:Y18-1F, (d) PBDTT1Cl:Y18-1F, and (f) PBDTT2Cl:Y18-1F blend films recorded at selected decay times.

5、總結(jié)與展望：

  改變以往D-A交替的分子骨架，采用D-D交替的分子骨架來獲得寬帶隙聚合物給體材料。通過噻吩橋上氯原子引入數(shù)量的不同來調(diào)節(jié)分子間的相互作用以獲得更有序的分子堆疊以及更緊密的分子間π-π堆疊距離，最終獲得了高性能、易合成以及良好普適性的聚合物給體材料。他們的這一工作為設(shè)計(jì)高性能、低成本的聚合物給體材料提供了一種簡單有效的策略。

  該工作以Chlorination Enabling a Low-cost Benzodithiophene-based Wide-bandgap Donor Polymer with an Efficiency of over 17%為題發(fā)表在《Advanced Materials》。文章第一作者為青島大學(xué)汪航，共同第一作者為北京師范大學(xué)路皓。文章通訊作者為劉亞輝教授、徐新軍教授和薄志山教授。通訊單位為青島大學(xué)和北京師范大學(xué)。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202105483 

招聘啟事：

  青島大學(xué)功能染料與應(yīng)用技術(shù)研究院高薪誠聘博士后若干人，也同時(shí)招收2022年入學(xué)的碩士及博士。課題組致力于光電材料與器件的研究，包括太陽能電池材料、器件物理、鈣鈦礦太陽能電池、發(fā)光二極管和柔性可穿戴器件等，博士后招聘詳情請(qǐng)?jiān)L問（http://rlzy.qdu.edu.cn/info/1010/1779.htm）。只要你有激情有夢(mèng)想，請(qǐng)加入該團(tuán)隊(duì)一起相聚在青島開創(chuàng)未來，有意者請(qǐng)聯(lián)系：liuyh@qdu.edu.cn.