1. TSMA的设计概念示意图以及DY2分子结构

       聚合物太阳能电池(PSCs)以其轻薄柔，可低成本大规模制备，易于与建筑一体化集成等优势而备受关注。近年来，非富勒烯小分子受体（例如明星分子ITIC、Y6)的发展推动了PSCs光电转换效率突破了19%，达到了商业应用的阈值。然而器件的稳定性成为PSCs商业化道路上又一大障碍。PSCs是一种基于共混体相异质结的光伏技术，器件制备中通过精细调控聚合物给体和非富勒烯受体(SMA)的相分离以实现对激子的高效拆分和传输。然而这种体相异结结构在热力学上是不稳定的，共混相的热力学松弛会影响到器件的长期运行稳定性。相关研究成果发表在《先进材料》上。北京化工大学张志国教授和林雪平大学高峰教授为论文共同通讯作者。李尚宇、张睿、张铭为论文共同第一作者。研究工作得到李永舫院士的大力指导。

      通过将小分子受体共聚，构筑PSMA类聚合物受体(Polymerized SMAs)，提升玻璃转换温度，可以很好的克服SMAs类光伏器件形貌稳定性的问题（见材料学院对他们相关工作的报道：“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”）。PSMA策略的成功，也激发了研究人员尝试发展基于2-3个SMA单元的寡聚体以克服PSMA器件批次稳定性。不同于使用共轭单元连接SMA单元的策略，他们发展了柔性侧链接SMA单元的新策略¹，同时他们考察了不同柔性间隔基团的长度来对TSMA受体的聚集和松弛行为、以及光伏性能的影响。合成上该策略可以减少对有毒锡试剂以及昂贵金属催化剂的依赖，同时所得材料具有更好的溶解度以确保溶液加工性。与单个Y6受体相比，TSMA类受体具有更高的玻璃转化温度，更完美的多级相分离结构及相区纯度，为实现电子输运提供有效通道。更为重要的是，通过柔性链将Y6分子连接，增大了分子体积，有效抑制了SMA分子的运动以及与给体聚合物共混中的松弛行为。其中二聚体DY2获得了17.85%的高效率，而Y6的效率仅为16.9%，效率的提升也得益于器件开路电压的提升。更为重要的是，相对与Y6受体制备的器件，基于DY2的器件稳定性得到了大幅度提升，在光照下运行700小时仍能保持超过80%的效率，同时85℃连续退火作用下也表现出优异的稳定性(图2)。

图2. (a) 基于PM6:Y6和PM6:DY2的PSCs在100 mW cm^-2白色LED照明下的MPP稳定性测试。(b)基于PM6:Y6和PM6:DY2的器件在85℃的长期退火作用下的光电转换效率衰减趋势。(c, e) PM6:Y6和(d, f) PM6:DY2共混薄膜的老化示意图。

参考文献：

1.Li, S.; Zhang, R.; Zhang, M.; Yao, J.; Peng, Z.; Chen, Q.; Zhang, C.; Chang, B.; Bai, Y.; Fu, H.; Ouyang, Y.; Zhang, C.; Steele, J. A.; Alshahrani, T.; Roeffaers, M. B. J.; Solano, E.; Meng, L.; Gao, F.*; Li, Y.; Zhang, Z.-G.*, Tethered Small-Molecule Acceptors Simultaneously Enhances the Efficiency and Stability of Polymer Solar Cells. Adv. Mater. 2023, 35(2), 2206563.

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202206563