楚天学者阳仁强采用全不对称构建单元实现高性能可拉伸OSCs活性层

主要内容

随着可穿戴电子设备市场的蓬勃发展，可拉伸有机太阳能电池（SOSCs）在为可穿戴电子设备供电方面展现出巨大潜力。尽管刚性有机太阳能电池（OSCs）的光电转换效率（PCEs）已超过20%，但这些高性能活性层的拉伸性能较差，无法适配可拉伸可穿戴电子设备。

在此背景下，江汉大学阳仁强教授、中国海洋大学刘德昱副教授和青岛大学朱倩倩副教授强强联合，带领其团队开展相关研究，聚焦于解决活性层拉伸性能与光伏性能难以兼顾的难题，设计出一种新型给体聚合物PBDTT-Fully-asy，其主链和侧链具有完全不对称结构。团队将该聚合物掺入PM6:Y6共混物中，成功构建可拉伸的光捕获活性层。

与对称结构相比，完全不对称稠环的中心发生偏移，有效削弱了分子自聚集性。这一特性为提升活性层的可拉伸性奠定了基础。此外，刚性苯环侧链的存在引发了强烈的扭转和聚集破坏现象。再者，主链共平面性的改善以及π共轭程度的增强，有助于提升电荷转移能力和光伏性能。

研究结果表明，掺入10%（重量比）的PBDTT-Fully-asy可显著提高活性层的可拉伸性和光伏性能。这一成果为后续研究提供了重要的实验依据。团队提出的这种分子设计方法，为推动高性能可拉伸（太阳能电池）技术的加速发展提供有力支持。

具体而言，团队设计并合成了一种具有侧链和主链不对称结构的新型完全不对称苯并二噻吩（BDT）单元（即完全不对称型BDT，fullyasy-BDT），并将其作为给体构建基元，用于构建高性能可拉伸活性层。将含有完全不对称型BDT单元的PBDTT-Fully-asy引入PM6:Y6体系后，实现了活性层可拉伸性和光伏性能的同时提升。这主要通过两种方式实现：

（i）减小晶体尺寸，从而提高可拉伸性；

（ii）提高结晶度，进而提升光伏性能。

最终，该活性层实现了17.08%的光电转换效率，且机械性能也得到显著改善。总之，本研究为可拉伸有机太阳能电池（SOSCs）活性层提供了新颖的分子设计指导方针。

文献信息

Employing Fully Asymmetric Building Block Toward High-Performance Stretchable Active Layer for Organic Solar Cells

Xuanqing Cao, Hongli Wang, Hongming Kou, Qianqian Zhu, Jiye Pan, Xunchang Wang, Deyu Liu, Renqiang Yang

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/agt2.70158