效率达20.81%！用于高效OSCs的给体-受体一体化聚合物

本文报道了一种具有刚性 π 共轭骨架的给体–受体一体化聚合物 PQIC，其主链中共价引入了 Y 型小分子受体单元。PQIC 表现出平衡的双极性电荷传输性能、较低的缺陷密度以及较高的电致发光效率。将其作为第三组分引入器件体系时，可有效促进电荷渗流，同时减弱电子–声子耦合、降低缺陷态密度，从而抑制复合损耗。基于 PQIC 的三元有机太阳能电池实现了 20.81% 的光电转换效率（第三方认证效率为 20.60%）。除高效率外，该器件还表现出优异的稳定性、厚膜耐受性和可规模化制备潜力：在最大功率点追踪 2000 小时后仍可保持约 85% 的初始效率；活性层厚度为 300 nm 时效率达 19.11%；1 cm² 大面积器件效率可达 19.78%。

综上，在稠环给体–受体一体化策略指导下，本研究设计并合成了 D–A 型共轭聚合物 PQIC。该体系将高性能 Y 型小分子受体衍生的大稠环受体单元，共价键合到高效聚合物给体主链，构筑了刚性且连续的 π 共轭骨架。这一独特结构使 PQIC 具备高效且本征的双极性电荷传输能力、更低的深陷阱密度、受抑制的电子–声子耦合以及高电致发光（EL）效率。同时，PQIC 可作为高效结晶调控剂和给体–受体相容剂，实现对分子堆积与形貌稳定性的有效调控。将其作为第三组分引入活性层后，PQIC 能够提升分子结晶度，促进电荷传输，提高电致发光效率以抑制非辐射复合，并降低激子结合能（Eb）以加速电荷转移过程。得益于电荷管理性能的显著提升，基于 PQIC 的有机太阳能电池（OSC）器件实现了 20.81% 的光电转换效率（PCE），第三方认证值为 20.60%。此外，引入 PQIC 的器件表现出良好的热稳定性、优异的厚膜耐受性和大面积加工性能，展现出良好的实际应用前景。

本工作由华南理工大学黄飞教授、广东技术师范大学贾涛、香港理工大学马睿杰、大湾区大学 Sha Liu等人共同完成，提出了一种高效的共轭聚合物分子设计策略，可使有机太阳能电池同时实现高效率、高稳定性与良好的加工性能，为其实际应用提供了重要思路。

文献信息

Adonor-acceptorintegratedpolymerforefficientorganicsolarcells

LunbiWu,XinkangWang,MaggieNg,QingqiSong,ShaLiu,RuijieMa,LiwenHu,LiangbinXiong,ZhiXing,YaoLi,JiayingWu,MingZhang,ShengjianLiu,Yue-PengCai,Man-ChungTang,FengLiu,JunwuChen,GangLi,TaoJia,andFeiHuang

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aec1922