实验室段春晖教授团队：结构简单的聚合物给体构筑高效率低能量损失的有机太阳电池

有机太阳电池（OSC）因质轻、柔性和半透明特性成为潜力光伏技术，其光电转化效率（PCE）已突破20%，但仍落后于硅基和钙钛矿太阳电池，主要受限于较低的开路电压（Voc）和较高能量损失（Eloss）。为了降低OSC的Eloss，研究者们常采用两种策略：一是通过引入稠环缺电子砌块或卤化取代基开发具有较深HOMO能级的聚合物给体；二是通过添加客体电子受体构建多元共混物体系。然而，高生产成本与复杂材料选择限制了这些策略的应用。因此，探索采用结构简单、易于合成的材料以及简便的器件制造工艺，以进一步突破Eloss的极限，对于实现OSC效率的突破具有至关重要的意义。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的段春晖教授课题组报道了一种结构简单的非卤化聚合物给体PBDCT，二元器件实现了19.84%的PCE和0.476 eV的超低能量损失，该研究工作不仅展示了利用结构简单材料构建高效有机太阳电池的潜力，而且为克服能量损失限制、实现有机太阳能电池效率的进一步突破开辟了新前景。

作者以3,4-二氰基噻吩（DCT）作为缺电子单元，通过调控噻吩p桥上烷基链枝化位点，设计合成结构简单的非卤化聚合物给体PBDCT。PBDCT的HOMO能级显著降低，有效抑制了有机太阳电池的辐射和非辐射复合能量损失。通过对烷基链的优化设计，有效提高了聚合物的结晶度并降低其能量无序性，进而促进了激子的高效解离。此外，PBDCT聚集特性的改善，诱导共混体系形成了双连续结晶纤维网络结构，极大增强了激子的扩散效率和电荷传输能力。最终，基于PBDCT:eC9的二元器件展现出19.84%的能量转换效率和极低的能量损失（0.476 eV），刷新了基于非卤化聚合物给体有机太阳电池的效率纪录。

相关研究成果以“A Structurally Simple Polymer Donor EnablesHigh-Efficiency Organic Solar Cells with Minimal Energy Losses”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上，其中通讯作者为段春晖教授、吴佳莹教授和袁熙越博士，第一作者为蒋秋菊博士生和博士后袁熙越。该研究工作得到了国家自然科学基金项目、广东省基础与应用基础研究基金项目、中国科学技术部项目等科研项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202416883