基于5,6-二氟苯并[c][1,2,5]噻二唑的给体聚合物实现有机太阳能电池低非辐射复合损耗的创新研究

针对有机太阳能电池(OSCs)中非辐射复合损耗(ΔEnr )导致能量损失(Eloss )过高的难题，研究人员通过调控5,6-二氟苯并[c][1,2,5]噻二唑(ffBT)基三元共聚物的摩尔投料比，开发出具有优异溶解性和结晶度的聚合物D2。该材料与Y6受体构建的器件实现了12.79%的功率转换效率(PCE)和仅0.190 eV的ΔEnr ，为设计高性能聚合物给体提供了新策略。

　　

在可再生能源领域，有机太阳能电池(OSCs)因其柔性、轻质和低成本等优势备受关注。然而，即使采用高性能非富勒烯受体(NFAs)如Y6，其功率转换效率(PCE)仍落后于钙钛矿太阳能电池(PSCs)，核心瓶颈在于较高的能量损失(E_loss
)。其中非辐射复合损耗(ΔE_nr
)占比尤为突出，通常超过0.2 eV，成为制约效率提升的关键因素。

针对这一挑战，中国的研究团队创新性地设计了一系列基于5,6-二氟苯并[c][1,2,5]噻二唑(ffBT)的给体-受体(D-A)型共聚物。通过调控ffBT单元在苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩(BDT)主链中的掺入比例，成功开发出具有优化溶解性和结晶度的三元共聚物D2。该研究成果发表在《Polymer》期刊上，为解决OSCs能量损耗问题提供了新思路。

研究采用Stille偶联聚合合成四种ffBT基聚合物，通过核磁共振氢谱(¹
H NMR)和凝胶渗透色谱(GPC)表征结构，利用紫外-可见吸收光谱(UV-vis)和循环伏安法(CV)测定光学/电化学性质。器件制备采用ITO/PEDOT:PSS/活性层/PFN-Br/Ag结构，在上海同步辐射装置(BL14B1线站)进行薄膜形貌分析。

【Synthesis of random copolymers】
通过调节ffBT与DTffBT的摩尔投料比(15%-40%)，成功制备出四种聚合物。当ffBT占比25%时，D2展现出最佳的溶解性和结晶性平衡，这归因于氟原子诱导的分子内相互作用增强了主链平面性。

【Conclusion】
D2:Y6器件表现出卓越的性能：短路电流密度(J_sc
)达23.03 mA cm^-2
，PCE为12.79%，ΔE_nr
低至0.190 eV。研究发现ffBT单元能有效提升活性层发光效率，而三元共聚策略通过优化薄膜形貌显著抑制了电荷复合。

该研究首次揭示了ffBT单元与ΔE_nr
的构效关系，证明简单结构的聚合物也能实现高性能。通过三元共聚精准调控聚集行为的方法，为开发低E_loss
材料提供了普适性策略，对推动OSCs商业化进程具有重要意义。