全高分子太阳能电池(all-PSCs),基于共轭高分子分别作为电子给体和电子受体制备的光伏器件,具有光吸收增强以及形貌更稳定等优点,是有机光伏领域的重要研究热点。目前优秀的受体高分子主要基于含酰亚胺结构的缺电子单元,因此受体高分子的种类和数量有限,限制了全高分子太阳能电池的发展。为发展新型、高性能受体高分子材料,我们课题组最近首次报道了新型缺电子单元,双硼氮桥联联吡啶(BNBP),基于该单元制备的高分子电子受体材料,实现了良好的全高分子太阳能电池器件性能。

        在此研究基础上,我们优化分子结构构型,开发了含BNBP的高性高分子受体材料,P-BNBP-fBT,实现高效全高分子太阳能电池器件。共聚单元3,3’-二氟-2,2’-联噻吩fBT,其存在的F…S弱相互作用使单元呈现平面构型,同时其成键方式实现了P-BNBP-fBT的准线性主链结构。该结构特点使P-BNBP-fBT具有有序的固态堆积和高电子迁移率。此外,fBT的缺电子特性使P-BNBP-fBT具有更低的LUMO能级。将P-BNBP-fBT作为受体材料与给体材料PTB7-Th共混制备的全高分子太阳能电池器件,实现了6.26%的光电转换效率,首次实现有机太阳电池能量损失0.51 eV,突破了有机太阳电池能量损失0.6 eV的极限,是目前文献报道的最低值。

X. J. Long, Z. C. Ding, C. D. Dou*, J. D. Zhang, J. Liu*, L. X. Wang, Adv. Mater., 2016, 28, 6504.