能量转化效率达10%的有机硼高分子

        大多数光电高分子是由C，H，N，O，S等元素组成。主族元素化学是调控有机小分子/高分子光电性质的新手段，有望大大拓展光电材料的种类与数量。目前，含有主族元素的有机小分子在多层真空沉积的光电器件中已显示出优异的器件性能。但含主族元素的高分子由于很难同时满足溶液加工器件的多重要求，器件效率仍较低。

        全高分子太阳能电池采用高分子电子给体与高分子电子受体的共混膜作为活性层，具有优异的热稳定性、形貌稳定性和机械稳定性，在柔性光伏应用上前景广阔。在过去的十年中，全高分子太阳能电池的效率已显著提升至10-11%。目前，由于高分子受体材料的种类和数量都很少，最高效的高分子受体仍集中于N2200。有别于采用酰亚胺结构设计高分子受体材料，我们课题组发展了一系列有机硼高分子受体。这些有机硼高分子受体具有LUMO能级连续可调的特性，器件可以实现高开路电压，但其综合性能参数仍较低。

        在本文中，我们报道了一种光电性质可调的有机硼高分子，将其作为高分子受体组装的全高分子太阳能电池实现了10.1%的能量转换效率。具体实施中，我们将2,1,3-苯并噻二唑单元引入到有机硼高分子的共轭主链，实现了对其吸收光谱，能级结构，电子迁移率和相分离行为的协同调控。具体表现为：吸收光谱红移21 nm；HOMO能级升高，带隙减小；电子迁移率从2.44 ×10⁻⁴ cm² V⁻¹ s⁻¹ 提高至1.68 ×10⁻³ cm² V⁻¹ s⁻¹；结晶性提高，相分离尺寸减小。本论文从实验上证明了主族元素化学实现高效率有机光伏器件的可行性，表明了利用主族元素化学策略可以开发出高效的适用于可溶液加工型器件的有机光电高分子。

Z. Y. Zhao, N. Wang, Y. J. Yu, J. Liu*, Chem. Mater., 2020, 32, 1308.