有机太阳电池凭借其质轻、柔性、半透明性、溶液加工性等优势，被视为一种极具潜力的光伏技术。然而，相较于硅基和钙钛矿太阳电池，有机太阳电池的能量转换效率仍显不足，这主要归因于其较低的开路电压与较高的能量损失。为了提升有机太阳电池的开路电压并降低能量损失，研究者们常采用两种策略：一是开发具有较深最高已占据分子轨道（HOMO）能级的聚合物给体，这通常通过引入稠环缺电子砌块或卤化取代基来实现；二是通过添加额外的客体电子受体构建三元或四元共混物体系。尽管如此，这些策略的实施面临着高生产成本与复杂材料选择的挑战，严重制约了有机太阳能电池的大规模生产应用。因此，探索采用结构简单、易于合成的材料以及简便的器件制造工艺，以进一步突破能量损失的极限，对于实现有机太阳电池效率的突破具有至关重要的意义。

近日，华南理工大学段春晖教授团队报道了一种结构简单的非卤化聚合物给体PBDCT。通过引入具有强吸电子能力的构筑砌块（3,4-二氰基噻吩，DCT），PBDCT的HOMO能级显著降低，有效抑制了有机太阳电池的辐射和非辐射复合能量损失。通过对烷基链的优化设计，有效提高了聚合物的结晶度并降低其能量无序性，进而促进了激子的高效解离。此外，PBDCT聚集特性的改善，诱导共混体系形成了双连续结晶纤维网络结构，极大地增强了激子的扩散效率和电荷的传输能力。

GIWAXS和DSC测试结果表明，相较于参比聚合物PBDCT-β，枝化点外移的PBDCT具有更高的结晶度。随后，采用空间电荷限制电流法和激子-激子湮灭法，对两种聚合物给体纯膜的迁移率、陷阱密度以及激子扩散长度进行了表征。与PBDCT-β相比，PBDCT具有更高的空穴迁移率、更低的陷阱密度和更长的激子扩散长度，这表明PBDCT形成了更高效的电荷传输通道。

最终，基于PBDCT: eC9的二元器件展现出19.84%的能量转换效率和低至0.476 eV的能量损失，刷新了基于非卤化聚合物给体有机太阳电池的效率记录。作者的研究工作不仅展示了利用结构简单材料构建高效有机太阳电池的潜力，而且为克服能量损失限制、实现有机太阳能电池效率的进一步突破开辟了新前景。

A Structurally Simple Polymer Donor Enables High-Efficiency Organic Solar Cells with Minimal Energy Losses

Qiuju Jiang, Xiyue Yuan, Yao Li, Yongmin Luo, Jiayuan Zhu, Feixiang Zhao, Yue Zhang, Wenkui Wei, Haozhe Feng, Hongxiang Li, Jiaying Wu, Zaifei Ma, Zheng Tang, Fei Huang, Yong Cao, Chunhui Duan

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202416883