自我模仿的寡聚添加剂使得基于苯并[1,2-b:4,5-b′]二呋喃聚合物的有机太阳能电池的效率提升了19%

《Science China-Chemistry》：Self-imitating oligomeric additives enable 19% efficiency in benzo[1,2-b:4,5-b′]difuran polymer-based organic solar cells

有机太阳能电池（OSCs）中苯并[1,2-b:4,5-b’]-二呋喃聚合物供体因聚合失控导致PCE提升缓慢，本研究设计自模仿固体添加剂调控供体D18-Fu聚集和受体L8-BO域扩展，实验及模拟证实添加剂与主材强相互作用，使PCE达19%（同类最高），提供新型添加剂设计方法。

　　

摘要

基于含有苯并[1,2-b:4,5-b′]-二呋喃结构单元的聚合物供体的有机太阳能电池（OSCs）的功率转换效率（PCE）提升速度较基于苯并二噻吩的有机太阳能电池慢，这是由于供体分子难以控制地发生聚集现象。然而，前者在实现环保和高性能设备方面具有更大的潜力。因此，需要一种智能的聚集调控策略来提高这类有机太阳能电池的效率。本文报道了一种通过自我模仿策略设计的固体添加剂，该策略旨在控制供体D18-Fu的聚集行为，并调节受体L8-BO的扩展范围。三种含有或不含有卤素的寡聚添加剂能够有效降低能量损失并增强电荷生成能力，相比未添加任何添加剂的对照组设备有显著提升。这一改进通过一系列形态学表征、光物理分析和理论模拟得到了验证，表明添加剂分子与供体及受体之间存在强烈的相互作用。最终，在二元有机太阳能电池中实现了19%的PCE，这也是基于含有苯并[1,2-b:4,5-b′]-二呋喃结构单元的聚合物供体的有机太阳能电池所能达到的最高效率水平。除了高性能之外，我们的研究还为通过新的添加剂设计方法调控供体与受体之间纯相形成的竞争机制提供了新的见解。