多氟化聚合物受体调控共混相容性实现效率18%的全聚合物太阳能电池

本研究针对全聚合物太阳能电池（all-PSC）中聚合物给体（PD）与受体（PA）相容性差及链缠结导致的相分离难题，设计多氟化聚合物受体（PY4F-C24、PY4F-C20、PY4F-BO-C24）作为第三组分加入PM6:PY-IT主体共混体系。氟化策略有效降低表面能、优化共混形貌，使相分离尺度降至~20 nm，增强结晶性，促进激子解离与电荷传输，降低能量损失，最终实现18.0%的光电转换效率（PCE），显著优于二元体系（15.2%），为高性能全聚合物太阳能电池开发提供新途径。

　　

全聚合物太阳能电池（all-Polymer Solar Cells, all-PSC）作为一种潜力巨大的可再生能源技术，其性能提升长期受限于聚合物给体（Polymer Donors, PD）与聚合物受体（Polymer Acceptors, PA）之间的相容性不佳以及聚合物链的无序缠结，导致相分离和分子堆积难以精细调控。为破解这一难题，研究人员设计并合成了三种多氟化聚合物受体——PY4F-C24、PY4F-C20和PY4F-BO-C24，将其作为第三组分引入PM6:PY-IT主体共混体系。

多氟化策略显著降低了聚合物受体的表面能量，从而大幅改善了共混相容性，使三元共混体系中的相分离尺度优化至约20纳米（~20 nm）的理想范围。此外，这类多氟化受体展现出更强的结晶特性，有效提升了共混体系的整体结晶度。通过对烷基链长度和构型的调整，研究人员实现了对结晶程度的精准控制。

优化后的共混形貌不仅促进了激子（exciton）的高效解离和电荷的快速传输，还同步降低了能量损失（energy loss），使得器件的三个关键光伏参数——开路电压（V_OC）、短路电流（J_SC）和填充因子（FF）——均得到显著提升。最终，基于PM6:PY-IT:PY4F-C20的三元全聚合物太阳能电池实现了更加有序的分子堆积，其光电转换效率（Power Conversion Efficiency, PCE）达到了18.0%，相较于二元器件PM6:PY-IT的15.2%实现了重大突破。