在区域不对称的苯并噻二唑基中带隙共聚物中，单氯化处理显著提升了太阳能电池的性能

《Polymer Chemistry》：Monochlorination-enabled elevated solar cell performance in region-asymmetric benzothiadiazole-based medium bandgap conjugated copolymers

区域非对称多孔半导体材料PFBDT-TClBT的单氯代修饰显著提升有机太阳能电池性能，转换效率从7.77%增至9.53%，主要归因于能级加深、激子解离优化、复合率降低及分子排列与界面形貌改善。

　　

构建不对称聚合物半导体已被证明是制备高性能有机太阳能电池关键光活性层材料的有效策略。在这项研究中，开发了两种区域不对称的中带隙（MBG）型共轭共聚物（CPs），即PFBDT-TBT和PFBDT-TClBT。这两种共聚物由富电子的4,8-双(4-氟-5-(2-丁基辛基)噻吩-2-基)苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩（FBDT）和缺电子的苯并噻二唑（BT）/5-氯苯并噻二唑（ClBT）与3-辛基噻吩结合而成，分别被用作供体、受体和π-共轭桥接基团。研究的主要目的是探讨单氯化作用的影响。单氯化的PFBDT-TClBT具有较低的热稳定性，但光稳定性更好。单氯化导致吸收峰略微蓝移，光学带隙保持不变；在溶液和薄膜状态下都减少了聚合物的聚集程度，同时使最高占据分子轨道（HOMO）能量降低，分子构象发生扭曲，偶极矩显著增加。受此影响，不含氯的PFBDT-TBT:Y6基太阳能电池的光电转换效率（PCE）达到了7.77%，开路电压（VOC）为0.80 V，短路电流（JSC）为18.67 mA cm?2，填充因子（FF）为51.9%。相比之下，单氯化后PFBDT-TClBT基太阳能电池的开路电压提高了0.07 V（达到0.87 V），短路电流增加了5.78%（达到19.75 mA cm?2），填充因子增加了7.32%（达到55.7%），从而使PCE提高了22.65%。PCE的提升主要归因于HOMO能量的降低、激子解离效率的提高、双分子复合现象的抑制，以及由于分子朝向更有利于光电转换而导致的μe/μh比值更加平衡，同时聚集程度减少、互溶性提高和表面形态更加平整。这一发现表明，通过调节分子结构、能级、堆积方式及微观形态，单氯化是一种有效且具有前景的设计方法，能够有效提升光伏性能。