陈义旺&廖勋凡AFM：调控侧链优化相容性：实现低能量损失与高性能全聚合物太阳能电池

全聚合物太阳能电池（All-PSCs）因其优异的稳定性备受关注，但其光伏性能仍落后于基于小分子受体的有机太阳能电池，主要原因是活性层中聚合物给体与受体的相容性差，导致过度相分离。

为解决这一问题，本研究南昌大学陈义旺和江西师范大学廖勋凡等人设计并合成了两种新型共聚物给体PBDTF-ttTPD和PBDTSi-ttTPD，分别通过氟修饰的苯并二噻吩（BDT）和烷基硅功能化的BDT与电子受体单元TPD共聚而成。两种共聚物具有相似的能级和光吸收特性，但PBDTSi-ttTPD中引入的烷基硅侧链显著提高了溶解性、降低了静电势（ESP），并优化了分子堆叠。因此，PBDTSi-ttTPD:PY-IT共混膜形成了更优的互穿网络结构，减少了相分离，显著提升了相容性。这种形貌优化显著提升了器件性能，包括延长载流子寿命、改善电荷传输并降低能量无序性，最终将能量转换效率（PCE）从13.93%提升至18.03%。

此外，研究深入探讨了聚合物给体/受体相容性与能量损失的关系，为未来优化提供了重要见解。

研究亮点

1. 侧链工程优化相容性：通过引入烷基硅侧链，显著提升了聚合物给体PBDTSi-ttTPD的溶解性和与受体PY-IT的相容性，减少了活性层中的相分离。

2. 高效形貌调控：PBDTSi-ttTPD:PY-IT共混膜形成理想的互穿网络结构，改善了激子解离和电荷传输性能，实现了更高的载流子寿命和更低的能量无序性。

3. 性能突破：基于PBDTSi-ttTPD:PY-IT的全聚合物太阳能电池实现了18.03%的能量转换效率，是目前报道的PY-IT基二元全聚合物太阳能电池中的最高值之一。

G. Xu, R. Zhang, C. Yu, H. Mao, L. Xue, Q. Wang, H. Ding, M. Liu, X. Liao, Y. Chen, Manipulating Side-Chains to Obtain Compatible Donor-Acceptor Miscibility for Low Energy Losses and High-Performance All-Polymer Solar Cells. Adv. Funct. Mater. 2025, 2502483.

https://doi.org/10.1002/adfm.202502483

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