1.前言
近几年来，非富勒烯受体（NFA）以其强烈的吸收、易于调节的带隙和能级等优点引起了人们的广泛关注。最近的研究表明，新型NFA可以促进电荷的产生，同时能量损失较小，这使得有机太阳能电池（OSCs）的光电转换效率（PCE）不断提高。通过侧链工程微调新型NFA的溶解度为使用环境友好型溶剂的大面积涂层提供了更好的处理条件。除此之外，引入与最新NFA匹配的新型聚合物给体对于协同提高OSCs的性能也很重要。
迄今为止，最有效的聚合物给体通常由交替的富电子和缺电子单元为主体构成，即D-A型聚合物，在大多数情况下，引入具有稠环结构的单元来增强分子堆积和电荷传输性能。虽然D-A型聚合物给体在器件效率方面很有前景，但是人们对其日益增加的合成复杂度和材料成本表示关注。目前，P3HT是广泛使用的低成本简单型聚合物给体分子，但基于其制备的OSCs器件短路电流密度（J SC）和开路电压（V OC）较低，从而导致PCE较低，仅为7%左右。因此，越来越多的人致力于开发结构简单、更容易合成的聚合物给体，从而制备更高性能OSCs。
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图1:相关分子结构与基本性质
2.简介
基于以上的考虑，近日，华南理工大学叶轩立教授课题组设计并合成一种新型氟化聚噻吩衍生物聚合物给体：P4T2F-HD。该分子设计相对简单，同时在不同的非卤化溶剂中进行处理时，可以得到具有合适相分离形貌的薄膜。通过进一步优化反向OSCs的阴极界面，研究人员成功制备了一种非卤化溶剂处理的基于P4T2F-HD:Y6-BO的OSCs器件。与P3HT相比，P4T2F-HD与Y6-BO的相容性相对较低，这使得给受体材料能够形成纳米级相分离形态。同时，采用自组装单层C60-SAM作为有效的界面改性剂，能够有效抑制自由电荷复合和促进电荷提取，进一步提高基于P4T2F-HD:Y6-BO的OSCs器件性能。
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图2:相关器件的光电性质
结果表明，采用非卤化溶剂制备的最终器件PCE高达13.65%，创下了基于聚噻吩OSCs器件的新纪录。值得注意的是，基于P4T2F-HD:Y6-BO的OSCs器件的性能不仅表现出对活性层厚度和加工溶剂的不敏感性，而且表现出优异的光热稳定性。另一方面，基于P4T2F-HD:Y6-BO的组合是迄今为止最具成本效益的组合之一。相比之下，由于P3HT:Y6-BO体系的强混溶性，相应的OSCs器件性能较差，这无疑说明了材料选择和形貌优化对进一步改进OSCs性能的重要性。
图3:不同界面层材料对器件的光伏性能影
3.总结
总之，该工作不仅开发了一种新型低成本高性能的聚合物给体，同时也为调节聚噻吩衍生物给体与相关受体分子的相容性提供了重要指导。相关研究成果现已发表在《Advanced Materials》上，题为“Surpassing 13% Efficiency for Polythiophene Organic Solar Cells Processed from Nonhalogenated Solvent”。
本文关键词：有机太阳能电池，OSC，低成本，聚噻吩，P3HT ，P4T2F-HD，Y6-BO。
4.文中所涉及材料
Y6-BO:2389125-23-7
P3HT:104934-50-1
C60-SAM:631918-72-4
2T2F-2Sn:1619967-09-7
