烷基化位点对苯并双噻唑-三联噻吩共聚物光伏性能的颠覆性影响机制研究

日本研究人员针对有机光伏电池商业化进程中高性能聚合物给体材料开发的关键问题，设计了两款结构简单的苯并双噻唑(BBTz)-三联噻吩共聚物PDBTz3和PDBTz4。通过精准调控烷基链在噻吩环β位（外侧与内侧）的取代位置，发现PDBTz4/Y12体系效率达10.2%，而PDBTz3几乎无光伏效应。该研究揭示了烷基化位点通过分子平面性-堆积-能级三重调控机制影响器件性能，为低成本高性能有机光伏材料设计提供了新范式。

　　

这项突破性研究揭示了分子设计中一个令人惊奇的"蝴蝶效应"——仅仅改变烷基链在苯并双噻唑(BBTz)核心两侧噻吩环上的取代位置（β-位外侧PDBTz3 vs 内侧PDBTz4），就能引发有机太阳能电池性能的天壤之别。当与明星非富勒烯受体Y12共混时，PDBTz4展现出10.2%的优异能量转换效率，而结构近似的PDBTz3却几乎"罢工"。

科研团队通过多尺度表征技术解开了这个分子魔术的奥秘：PDBTz3因烷基链"站错位置"导致分子骨架严重扭曲，就像被拧紧的弹簧，不仅破坏了π-π共轭(π-conjugation)体系，还造成给受体界面能级"错配"，空穴传输效率骤降。而PDBTz4则保持着优雅的平面构象，分子间形成"肩并肩"的理想堆积，能级梯度犹如精心设计的滑梯，让激子(exitons)顺畅分离。

这项研究为有机光伏界投下了一枚"分子设计指南针"——烷基化位点工程可同时调控分子构象、固态堆积和界面能级这三个关键"旋钮"。这种"三位一体"的调控策略，为开发兼具低成本与高性能的下一代光伏材料开辟了新航道。