近日，材料学院副教授李宇翔课题组与国家纳米科学中心丁黎明教授团队合作，针对规整窄带隙聚合物受体材料设计、合成及其在全聚合物有机太阳能电池的应用进行了研究。该研究以“Polymerizing small molecular acceptors for efficient all-polymer solar cells”为题在信息/材料领域国产顶级期刊《InfoMat》上发表。该项研究得到了国家“香江学者计划” 项目、陕西省高层次人才计划项目、陕西省自然科学基金青年项目及西安科技大学优秀青年科技项目的资助。

全聚合物太阳能电池（all-PSCs）拥有更优异的薄膜形态和机械稳定性，在柔性、可穿戴和便携式电子器件领域展现出广阔的应用前景。然而，受限于高性能聚合物受体材料的匮乏，目前all-PSCs的器件效率仍滞后于基于SMAs的PSCs。最近，得益于材料和工艺的不断创新，特别是聚合小分子型受体（PSMAs）的出现，all-PSCs的器件性能在过去几年中取得了显著突破，PCE已超过17%。

针对全聚合物太阳能电池的最新研究进展，作者在文章中总结了基于PSMAs策略而设计及合成的新型聚合物受体材料发展历程。文章着重强调了PSMAs策略中存在的区域异构问题，即在聚合反应过程中，由于广泛采用的末端基团1,1-二氰亚甲基-3-茚酮（IC-Br）通常是由两个极性相似的异构体混合而成，其导致PSMAs中出现不确定反应位点以及异构体。该现象严重影响了此类聚合物的批次可重复性，成为发展高效聚合物受体材料亟待解决的一大挑战。因此，以课题组先前研究工作为代表的区域规整聚合物受体PZT-γ（通过重结晶分离IC-Br得到IC-Br-γ）被提出且成功实现更高的结构区域规整性，以此解决在聚合过程中形成的异构体问题，并实现了高达15.8%的能量转化效率(J.Am.Chem.Soc.2021,143,2665-2670)。总结相关的研究成果，作者发现区域规整窄带隙PSMAs普遍具有显著的红移吸收，优异的主链有序，以及与给体成分（PBDB-T、PM6、D18等）优异的共混形态，这些优势成为助力all-PSCs实现能量转换效率突破17%的主要因素。因此，作者重点提出，将PSMAs与精准控制的区域规整相结合可以赋予新型聚合物受体良好的吸收，优良的主链有序及优异的混合形态；此外，这种集成策略解决了其合成及器件性能的可重复性问题。

此外，该文章对如何进一步实现高性能all-PSCs展开重点讨论，以聚合物受体结构设计、薄膜形貌控制和聚合物给体选择为出发点分析了all-PSCs目前面临挑战和未来应用前景。从多个角度共同努力，进一步缩小基于SMAs和PSMAs的有机太阳能电池之间的性能差距，有望真正实现all-PSCs领域发展与实现商业应用。

该研究成果是西安科技大学材料学院有机光电材料研究所(有机光电材料课题组)继J.Am.Chem.Soc.(2021.143,2665-2670,ESI高被引论文，SCI一区top期刊，影响因子15.419)，Chem.Engin.J.(2022.428,131232,SCI一区top期刊,影响因子13.273)，ACS.Appl.Mater.Interfaces(2020.12,33028,SCI一区top期刊，影响因子8.456)之后的又一篇关于全聚合物太阳能电池的高水平高质量研究成果。