武汉大学闵杰团队【综述】全聚合物太阳能电池研究进展

近日，武汉大学闵杰教授受Cell Press细胞出版社旗下Chem杂志邀请撰写专题综述，总结了该课题组及其他团队在基于小分子受体高分子化（PSMA）的全聚合物太阳能电池（all-PSCs）研究领域的特色成果。该文介绍了all-PSC器件运行机制和早期n-型聚合物受体材料的发展历史及相关局限性，系统概述了近期发展的窄带隙PSMA材料分子结构设计、形貌优化和物理机制等方面的研究进展，并对该领域的未来发展给出了具有前瞻性的展望。相关研究成果以题为“Recent research progress of all-polymer solar cells based on PSMA-type polymer acceptors”。高等研究院汪涛博士为该论文第一作者，闵杰教授为通讯作者，高等研究院为论文的唯一署名单位。

随着越来越多性能优异的非富勒烯小分子受体（NFSMA）材料被开发，近年来研究人员将其骨架作为共聚单元，成功地合成出了一系列高效PSMA材料，使得全聚合物太阳能电池领域获得快速发展。这类PSMA材料兼具了NFSMA和共轭聚合物两者的优点：1）相较于基于苝二亚胺(PDI)或萘二亚胺(NDI)单元的聚合物受体材料，PSMA材料在近红外区具有更强的吸收；2）可供选择的小分子受体分子骨架和连接单元种类繁多，为调控PSMA材料的物理化学性质和光伏性能提供了诸多可能性。因此，将PSMA材料作为活性层受体材料来制备高性能全聚合物太阳能电池具有巨大的应用潜力。然而，目前还没有关于PSMA材料的分子结构设计-形貌调控-物理机制-光伏性能相关性的系统综述，且相关稳定性研究仍缺少明晰的结论，因而需要对近期基于PSMA型全聚合物太阳电池的研究进展进行全面总结和深入分析，为该领域的发展提供必要指导。

图1.基于PSMA材料的全聚合物太阳能电池综述文章的内容导图

本文综述了基于PSMA材料的全聚合物太阳能电池领域的研究进展，系统总结了近5年来该领域内的代表性研究成果；对PSMA材料分子结构-形貌-效率-稳定性四者之间的关联展开了详细讨论，对all-PSC共混薄膜形貌调控的一些典型策略进行了描述与总结，并重点讨论了器件物理动力学机制；结合该课题组前期的研究基础与成果，作者进一步对all-PSCs未来发展方向和研究重点进行了展望并作出了积极评价。这种窄带隙小分子受体高分子化的合成方法为未来高性能聚合物受体材料及其活性层体系开发打开大门，有望帮助解决有机太阳能电池商业应用道路上的关键科学与技术问题。

该研究工作得到了国家自然科学基金委及武汉大学的经费支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.chempr.2023.05.031

（来源：武汉大学 版权属原作者 谨致谢意）