聚合物太阳能电池(PSCs)基于共混异质结结构(BHJ)高效地将太阳光转化为电能。这种BHJ结构通过将小分子受体(SMAs)与聚合物给体共混巧妙地构筑了多级次相分离，即共混区域和给受体纯相区域合理共存，以最大程度地提高和平衡电荷的产生和收集，从而实现高效的光伏器件。尽管这种多级次BHJ结构有效提高了器件效率，但是SMA通常具有较低的玻璃转变温度(Tg < 100°C)，直接导致这种多级纳米形貌的不稳定。这成为影响PSC器件寿命一个严重问题。材料学院张志国教授课题组提出了将两种热力学性质不一样的受体相结合的策略，构筑多层级相分离以制备高效、稳定三元PSC的新策略。本文第一作者为博士研究生张铭，通讯作者为张志国教授。
图1.多级次相分离构筑示意图
最近，张志国教授课题组发展了一种链接受体(Tethered SMAs, TSMAs)，即通过柔性烷基链将SMAs连接到芳香核上构筑受体聚集体以提升Tg。该策略通过改变柔性连接链的长度和分子构型，可以有效调制TSMA的聚集状态，调控活性层形貌。TSMA制备的器件在获得超过18%的光电转换效率的同时还表现出优异的热稳定性(Nat. Commun. 2023, 14, 2926; Adv. Mater. 2023, 35, 2206563)。本研究中，他们充分利用了TSMA和单体SMA的独特热力学优势。在三元聚合物太阳能器件中的组合，获得了精细的多层级的活性层形貌，为解决稳定性和效率之间的矛盾提供了一条新途径。除了链接二聚体受体TSMA，这种方法对其它种类巨分子受体也有广大应用前景。这种器件设计策略的广泛应用有望推进更高效和性能更持久的有PSC技术的进步。
参考文献：Ming Zhang, Bowen Chang, Rui Zhang, Shangyu Li, Xinpeng Liu, Liang Zeng, Qi Chen, Li Wang, Liangrong Yang, Haiqiao Wang, Jiangang Liu, Feng Gao, Zhi-Guo Zhang, Tethered Small-Molecule Acceptor Refines Hierarchical Morphology in Ternary Polymer Solar Cells: Enhanced Stability and 19% Efficiency. Adv. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adma.202308606.
相关链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202308606
