聚合物太陽能電池一般由氧化銦錫(ITO)透明正極、金屬負(fù)極和夾在兩電極之間由共軛聚合物給體和富勒烯衍生物受體組成的共混活性層所構(gòu)成，具有結(jié)構(gòu)和制備過程簡單、成本低、重量輕、可制備成柔性器件等突出優(yōu)點(diǎn)，成為近年來國內(nèi)外研究熱點(diǎn)。

全聚合物太陽能電池使用n-型聚合物取代富勒烯衍生物作受體，可以克服富勒烯受體存在的可見光區(qū)吸光弱、能級(jí)調(diào)控范圍窄、光化學(xué)不穩(wěn)定、形貌穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，近年來受到研究者的關(guān)注。

不過，盡管這一概念早在1995年就已經(jīng)提出，然而由于p-型和n-型聚合物共混活性層形貌調(diào)控上的困難，往往難以形成納米尺度相分離的給體/受體互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致電子傳輸性能和器件效率較低，使全聚合物太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率長時(shí)間停滯不前。

近年來，人們通過使用n-型共軛聚合物N2200為受體、高效窄帶隙p-型聚合物為給體，使全聚合物太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率從2%左右逐步提高到了接近7%的水平。

在中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)的支持下，中科院化學(xué)研究所有機(jī)固體院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員、中科院院士李永舫課題組科研人員，最近在全聚合物太陽能電池的研究方面取得新進(jìn)展。

他們使用基于噻吩取代苯并二噻吩和氟取代苯并三氮唑的中間帶隙二維共軛D-A共聚物J51(分子結(jié)構(gòu)，Chem.Mater.2012，24,3247-3254)為給體、n-型窄帶隙聚合物N2200為受體制備了全聚合物太陽能電池，通過器件優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了8.27%的能量轉(zhuǎn)換效率，為全聚合物太陽能電池迄今文獻(xiàn)報(bào)道的最高值。

這一高效率得益于聚合物給體與受體吸收光譜互補(bǔ)、氟取代二維共軛聚合物J51給體較低的HOMO能級(jí)和較高的空穴遷移率，以及使用了他們開發(fā)的苝酰亞胺類PDINO陰極界面修飾層材料(EnergyEnviron.Sci.2014,,1966-1973)。

化學(xué)所在全聚合物太陽能電池研究中取得進(jìn)展

(a)給受體聚合物材料的分子式和吸收光譜圖;

(b)J51:N2200器件的電流密度-電壓曲線;

(c)外量子轉(zhuǎn)化效率。