科研动态

张志国教授和李永舫院士在《德国应用化学》上撰文介绍他们所提出的聚合物受体光伏材料设计新策略及其研究进展

发文时间:2021-03-02

近年来,聚合物太阳能电池(PSCs)以其重量轻、价格低廉、可通过印刷方式制备大面积柔性器件等优势,得到了学术界和工业界的广泛关注,是重要的前沿研究领域。值得注意的是,由聚合物给体和聚合物受体构筑的全聚合物太阳电池(all-PSCs)在器件稳定性和机械柔韧性上具有独特优势,具有应用于可穿戴及柔性可拉伸光伏器件的潜力。而对于这一美好愿景,高性能聚合物受体是关键。在最新的一期的Angew. Chem. Int. Ed.上,张志国教授和中科院化学所李永舫院士将他们提出的“小分子受体高分子化”的概念(Polymerized Small Molecule AcceptorsPSMAs)以及近年的研究进展做了详尽介绍,并对未来发展给出了多项前瞻性的建议。

 1. 小分子受体聚合化概念构思的《德国应用化学》卷首图。

 

2017年,张志国博士和李永舫院士在Angew. Chem. Int. Ed. (2017, 56, 13503-13507)提出了“小分子受体高分子化”的概念(PSMAs)以发展窄带隙、强吸收聚合物受体。这种策略在保持小分子受体(SMA)性能的同时,还能带来聚合物的额外优点,例如热稳定性高、机械可拉伸性能强以及性能可调范围宽。他们首先将具有A-D-A型强吸收窄带隙SMA结构单元与噻吩单元共聚合,合成了窄带隙、强吸收聚合物受体PZ1 (分子结构见图1)PZ1具有1.55 eV的窄带隙和高吸收系数(1.3×105  cm-1)。用宽带隙聚合物PBDB-T作为给体和PZ1为受体的all-PSCs获得了9.19%的高PCE,这是all-PSCs效率同期报道的最高值。这种聚合策略的成功为开发高效聚合物受体提供了新思路。

得益于其突出的优势,近年来。PSMAs概念受到了广泛关注,国内外多个课题组从事了相关研究,并且在结构上也得到了拓展,PSMAs已发展成为一个重要的研究方向。在最近的一期Angew. Chem. Int. Ed. (2021604422-4433)中,他们从历史发展的角度回顾了all-PSCs的发展历程,存在问题,解决方法以及这些方法的局限性,这也正是PMSAs这一概念提出的研究背景;然后他们介绍了国内外课题组基于这一策略构筑的各种PMSAs类聚合物;最后的展望部分,他们指出PSMAs类受体也能像SMAs一样,实现理论效率,并对该领域进一步发展提出了多项前瞻性的建议。

 

文章信息:

1     Zhang, Z.-G*.; Yang, Y.; Yao, J.; Xue, L.; Chen, S.; Li, X.; Morrison, W.; Yang, C.; Li, Y.* Constructing a Strongly Absorbing Low-Bandgap Polymer Acceptor for High-Performance All-Polymer Solar Cells.Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 13503-13507.

2. Zhang, Z.-G.*; Li, Y.* Polymerized Small Molecule Acceptors for High Performance All-polymer Solar Cells. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 4422-4433.