聚合物太阳能电池具有独特的优势，可以满足不同的应用需求，因此具有巨大的发展潜力，自问世以来便受到广泛关注。经过三十年的发展，研究人员设计合成出了大量的共轭聚合物光伏材料，相应的光电转换效率最高已经超过了14%。为了进一步提升性能，需要深入研究共轭聚合物光伏材料的构效关系。

  聚噻吩乙烯是一类很有代表性的共轭聚合物材料。具有分子平面性好、共轭程度优异、载流子迁移率高等优势。然而，噻吩乙烯类聚合物的光伏性能却不高。论文的第一作者王晓晨博士及合作者在2013年发表文章阐述了噻吩乙烯聚合物的能量损失（电压损失）远超过聚合物光伏材料的平均水平，这可能是导致其光伏性能差的重要原因。几年来，这一现象的内部原因仍然不是很清楚。噻吩-乙烯-噻吩(TVT)单元是噻吩乙烯结构构筑单元的典型代表，基于TVT单元的聚合物材料迁移率屡次打破世界纪录，目前已达11 cm2 V?1 s?1。然而，同样，基于TVT单元的聚合物材料光伏性能也较差，光电转换效率绝大部分都小于6%，能量损失集中在0.8-1.2 eV, 如图1所示。

图1. 基于TVT衍生物的聚合物光伏材料能量损失与效率

  周二军研究员团队通过稠合将TVT单元中独立的双键与邻近噻吩环稠合，形成ETVT单元，通过电子云结构重构前后的变化，研究噻吩乙烯类聚合物材料结构-能量损失-效率之间的关系。研究发现稠合有利于提高聚合物的光伏性能，降低器件的能量损失。尤其，在基于ITIC的非富勒烯聚合物太阳能电池中，稠合后的聚合物光电转换效率提高了一倍以上，如图2所示，能量损失从典型的0.8 eV降低到了0.67 eV，如图1所示。

图2. 聚合物结构与光伏性能

  相关研究结果发表在Macromolecules (DOI: 10.1021/acs.macromol.8b00805)上，本论文第一作者为国家纳米科学中心副研究员王晓晨博士，通讯作者为周二军研究员。

  论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.8b00805