近日，北京化工大学材料学院张志国教授与林雪平大学高峰教授合作在《Advanced Materials》杂志上在线发表了题为“Tethered Small-Molecule Acceptors Simultaneously Enhances the Efficiency and Stability of Polymer Solar Cells”的研究论文，该论文提出了一种链接小分子受体的新策略(Tethered Small-Molecule Acceptors, TSMA)，并基于该策略构筑了二聚化的受体材料，实现了器件效率与稳定性的同时大幅度提升，该研究为新型受体光伏材料的开发提供了新思路。李尚宇、张睿、张铭为论文的共同第一作者，该工作得到了李永舫院士的指导以及论文修改中的帮助。

 图1. TSMA的设计概念示意图以及DY2分子结构

  聚合物太阳能电池(PSCs)以其轻薄柔，可低成本大规模制备，易于与建筑一体化集成等优势而备受关注。近年来，非富勒烯小分子受体（例如明星分子ITIC、Y6)的发展推动了PSCs光电转换效率突破了19%，达到了商业应用的阈值。然而器件的稳定性成为PSCs商业化道路上又一大障碍。PSCs是一种基于共混体相异质结的光伏技术，器件制备中通过精细调控聚合物给体和非富勒烯受体(SMA)的相分离以实现对激子的高效拆分和传输。然而这种体相异结结构在热力学上是不稳定的，共混相的热力学松弛会影响到器件的长期运行稳定性。

  通过将小分子受体共聚，构筑PSMA类聚合物受体(Polymerized SMAs)，提升玻璃转换温度，可以很好的克服SMAs类光伏器件形貌稳定性的问题¹。PSMA策略的成功，也激发了研究人员尝试发展基于2-3个SMA单元的寡聚体以克服PSMA器件批次稳定性。不同于使用共轭单元连接SMA单元的策略，他们发展了柔性侧链接SMA单元的新策略²，同时他们考察了不同柔性间隔基团的长度来对TSMA受体的聚集和松弛行为、以及光伏性能的影响。合成上该策略可以减少对有毒锡试剂以及昂贵金属催化剂的依赖，同时所得材料具有更好的溶解度以确保溶液加工性。与单个Y6受体相比，TSMA类受体具有更高的玻璃转化温度，更完美的多级相分离结构及相区纯度，为实现电子输运提供有效通道。更为重要的是，通过柔性链将Y6分子连接，增大了分子体积，有效抑制了SMA分子的运动以及与给体聚合物共混中的松弛行为。其中二聚体DY2获得了17.85%的高效率，而Y6的效率仅为16.9%，效率的提升也得益于器件开路电压的提升。更为重要的是，相对与Y6受体制备的器件，基于DY2的器件稳定性得到了大幅度提升，在光照下运行700小时仍能保持超过80%的效率，同时85℃连续退火作用下也表现出优异的稳定性(图2)。

  参考文献：

  1. Zhang, Z.-G.*; Li, Y.*, Polymerized Small Molecule Acceptors for High Performance All-polymer Solar Cells. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60 (9), 4422-4433.

  原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202009666

  2. Li, S.;  Zhang, R.;  Zhang, M.;  Yao, J.;  Peng, Z.;  Chen, Q.;  Zhang, C.;  Chang, B.;  Bai, Y.;  Fu, H.;  Ouyang, Y.;  Zhang, C.;  Steele, J. A.;  Alshahrani, T.;  Roeffaers, M. B. J.;  Solano, E.;  Meng, L.;  Gao, F.*;  Li, Y.; Zhang, Z.-G.*, Tethered Small-Molecule Acceptors Simultaneously Enhances the Efficiency and Stability of Polymer Solar Cells. DOI: 10.1002/adma.202206563.

  原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202206563