姚惠峰&侯建輝Macromolecules：突破19.3%！對DTQx基寬帶隙聚合物給體聚集行為精準(zhǔn)調(diào)控實現(xiàn)高效OSCs

主要內(nèi)容

形貌調(diào)控是突破有機太陽能電池（OSCs）效率瓶頸的核心策略。東南大學(xué) 姚惠峰教授和中國科學(xué)院化學(xué)研究所 侯劍輝研究員帶領(lǐng)其團隊通過分子結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與溶劑工程協(xié)同設(shè)計，首次實現(xiàn)了聚合物給體PBQx-TSF的預(yù)聚集行為-結(jié)晶動力學(xué)-器件性能的精準(zhǔn)調(diào)控，構(gòu)建了全聚合物太陽能電池效率新標(biāo)桿（PCE=19.3%，認(rèn)證值19.1%）。

分子設(shè)計創(chuàng)新：
團隊提出"硫原子空d軌道調(diào)控"策略，將含硫基團引入氟化二維苯并二噻吩（BDT）單元，與二噻吩并喹喔啉（DTQx）共聚構(gòu)建新型寬帶隙給體（Eg=2.05 eV，IP=5.36 eV）。該設(shè)計通過增強電子離域效應(yīng)與降低主鏈電子密度的雙重機制，同步實現(xiàn)了深能級（IP=5.36 eV）與高結(jié)晶性的兼容。

溶劑工程突破：
發(fā)現(xiàn)非鹵代甲苯（Tol）/鹵代氯苯（CB）二元溶劑體系可通過競爭性溶劑化作用調(diào)控PBQx-TSF的預(yù)聚集行為。通過優(yōu)化溶劑比例（0.5:0.5 v/v），實現(xiàn)了從無序聚集態(tài)到可控納米相分離結(jié)構(gòu)（相區(qū)尺寸≈15 nm）的轉(zhuǎn)變，顯著提升了激子解離效率（ηED=92%）和電荷遷移率（μh=1.2×10?3 cm2/V·s）。

科學(xué)意義：

理論創(chuàng)新：首次揭示了聚合物給體預(yù)聚集程度-結(jié)晶速率-形貌穩(wěn)定性的動態(tài)關(guān)聯(lián)機制，為形貌調(diào)控提供了定量設(shè)計準(zhǔn)則；

技術(shù)突破：開發(fā)的"分子設(shè)計-溶劑篩選-形貌優(yōu)化"三維協(xié)同策略，推動全聚合物太陽能電池效率突破19%大關(guān)；

應(yīng)用前景：該策略具有普適性，為開發(fā)高效、穩(wěn)定的下一代有機光伏材料提供了新范式。

文獻信息

Dithienoquinoxaline-Based Polymer Donor with Finely Tuned Aggregation Behaviors for Efficient Organic Solar Cells

Tao Zhang，Ye Xu，Xinxin Qu，Zhihao Chen，Lijiao Ma，Jingwen Wang，Pengqing Bi，Jiangbo Dai，Guanlin Wang，Tiankai Zhang，Jianhui Hou，Huifeng Yao

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.5c01584

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