近几年来，在氟基取代的聚合物给体材料助力下，非富勒烯有机聚合物太能电池的效率屡创新高。目前报道的聚合物给体材料主要是通过氟原子修饰给聚合物的给体D单元或者受体A单元构筑D-A型聚合物给体材料。相对于非富勒烯受体，聚合物给体的发展相对滞后，因此开发新型聚合物给体材料的研究显得极为重要。最近，西安交通大学陈凯（讲师）与香港科技大学颜河教授团队合作在《Journal of Materials Chemistry A》上发表了题为“Fluorinated pyrazine-based D-A conjugated polymers forefficient non-fullerene polymer solar cells”的文章，通过设计在缺电子吡嗪受体单元上引入氟原子，合成了两个基于吡嗪、氟代吡嗪为受体单元和苯并二噻吩BDT为给体单元的D-A型聚合物给体材料BDT-PY（不含氟聚合物）和BDT-FPY（含氟聚合物）。BDT-FPY与非富勒烯受体MeIC构筑的太阳能电池的效率达到了12.3%，相比基于BDT-PY：MeIC的电池效率提高了21%。研究表明：相比聚合物BDT-PY，BDT-FPY具有更好的光化学性能，更好分子平面性，较低的HUMO与LUMO能级。图二：(a)聚合物给体在氯仿溶液中的吸收光谱；(b)未归一化的聚合物给体薄膜的吸收光谱；(c)归一化的聚合物给体与小分子受体薄膜的吸收光谱; (d) 聚合物给体在薄膜状态下的CV图。图三：(a)J-V曲线；(b)EQE曲线；(c)共混膜的UV-vis吸收光谱; (d) PSCs的光生电流密度-光照强度特性曲线。图四：(a)共混膜的AFM图；(b)共混膜的2D GIWAXS图；(c)相应的面内和面外方向的剖面图。太阳能电池器件的研究结果表明：BDT-FPY：MeIC构筑的太阳能电池具有更加平衡的电荷与空穴的分离，更加良好的分子平面堆积以及更加合适的相分离尺度。此研究表明氟基取代效应对于设计高效率的有机氮杂环聚合物给体材料而言是一种行之有效的方法。论文的第一作者为西安交通大学陈凯博士和香港科技大学马睿杰博士，通讯作者为西安交通大学陈凯博士和香港科技大学颜河教授、刘焘博士。该工作也得到了香港科技大学徐小鹏博士，罗正辉博士等的大力支持。https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2020/ta/d0ta00599a高分子科学前沿建立了“光电”等交流群，添加小编为好友（微信号：polymer-xiang，请备注：名字-单位-职称-研究方向），邀请入群。
来源：高分子科学前沿
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