李永舫团队AM:新型高性能聚合物给体PBQ6助力有机太阳能电池效率高达17.62%

作为一种环保型能源，有机太阳能电池（OSCs）凭借其结构和制备工艺简单、重量轻、柔性高等独特优点，受到研究人员的广泛关注。OSCs的活性层通常由p型共轭聚合物（给体）和n型有机半导体（受体）共混而成，很大程度上决定了OSCs的光伏性能。最近几年，由于高性能共轭聚合物给体和窄带隙小分子受体的发展，OSCs的光电转换效率（PCE）取得了显著提高，目前已经突破了18%。尽管人们在聚合物给体的开发方面已经付出了很多努力，但目前为止，PM6和Y6仍然是OSCs中应用最广泛、最具代表性的给受体分子。

事实上，大多数PCE超过17%的基于PM6:Y6体系的高性能OSCs多依赖于三元或四元混合策略。然而，多组分混合策略不可避免地增加了器件制造和光伏性能优化的复杂性。在未来，二元OSCs仍然是用于制备大面积器件的最佳选择。因此，开发新型高效的聚合物给体材料，对于进一步提高二元OSCs的性能具有重要意义。

为了进一步探索喹喔啉（DFQ）基团用于制备高性能聚合物给体的潜力，近日，中科院化学研究所李永舫院士、孟磊研究员，澳大利亚莫纳什大学黄文超博士合作利用氟取代的BDTT单元、不同侧链取代的DFQ单元，同时以噻吩为π桥，合成了两种新型D-A型聚合物给体分子：PBQ5和PBQ6。二者唯一的区别在于DFQ单元的不同取代，前者为两个相同的烷基侧链取代，后者为两个烷基修饰的氟噻吩侧链取代。

研究结果显示，PBQ6比PBQ5具有较大的吸收红移、更强的分子间相互作用和更高的空穴迁移率。研究人员随后制备了基于PBQ6:Y6的二元OSCs器件，最终获得了高达17.62%的PCE，认证效率为17.2%，这是迄今为止报道的基于DFQ基团器件的最高PCE。其中，开路电压（VOC）为0.851 V，短路电流密度（JSC）为26.58 mA cm-2，填充因子（FF）为77.91%，结果表明，PBQ6是与Y6匹配的最佳聚合物给体之一。、

该工作不仅合成了两种新型基于喹喔啉基团的高性能聚合物给体，同时也为相关分子设计提供了一种新策略。相关研究成果现已发表在《Advanced Materials》上，题为“A Quinoxaline‐Based D–A Copolymer Donor Achieving 17.62% Efficiency of Organic Solar Cells”。