全聚合物太阳电池（all-PSCs）凭借出色的光/热及形貌稳定性、机械柔性、耐受性等优点，在未来商业大面积制备中存在巨大潜力，因而备受关注。然而，相比聚合物给体，具有优异光电性能的聚合物受体发展较为缓慢，能量转换效率（PCE）也一直落后小分子材料为受体的聚合物太阳电池（PSCs）。近两年，随着“小分子受体高分子化”（PSMAs）策略的提出及发展，all-PSCs效率已超过17%（Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 4422-4433；Joule, 2021, 5, 1548-1565）。但这类材料的聚合单体都是基于稠合结构单元，合成步骤长而复杂，从而使合成成本提高，不利于商业化应用。在小分子受体的研究中，研究者们提出了非稠合小分子受体（NFRAs）的设计策略。相比于稠合小分子受体，NFRAs表现出合成简单、产率高、成本低等优点，同时由于非共价构象锁的引入，分子具有良好的平面性、优异的光吸收和高电荷传输性能。因此，将非稠合小分子受体作为结构单元，有望获得低成本聚合物受体，而这种设计之前还未有报道。

  近日，华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室段春晖课题组报道了以A-D-A''''-D-A型非稠合小分子受体作为结构单元，合成了两个新型聚合物受体PBTz-TT和PFBTz-TT，并对其性能进行了系统研究。采用逐层（LbL）沉积技术来制备all-PSCs，PFBTz-TT获得更高的PCE，为10.14%，此外，两聚合物还表现出低的批次差异性。此工作首次探究了非稠合小分子受体高分子化（non-fused PSMAs）在all-PSCs中的应用，研究结果表明non-fused PSMAs是一种开发高性能低成本聚合物受体的有效策略。

  相比于PBTz-TT，F原子的引入使PFBTz-TT在薄膜状态下堆积更加有序，这有利于电子迁移率的提高；此外，PFBTz-TT能级有所降低，使其获得更大的HOMO–HOMO和LUMO–LUMO能级差，这有助于给受体界面处发生更高效的空穴和电子转移。

  采用逐层（LbL）沉积技术来制备all-PSCs，通过添加剂（CN）与热退火（TA）协同作用，PBDB-T/PBTz-TT的PCE_max为6.85%，而PBDB-T/PFBTz-TT因短路电流（J_sc）和填充因子（FF）的提升，获得10.14%的PCE_max。此外，基于两聚合物三个不同分子量批次的all-PSCs效率均分别超过了6.30%和9.50%，表现出良好的批次差异性。

  相对于PBTz-TT，PFBTz-TT器件性能的提升源于更高效的空穴转移以及更高的电子和空穴迁移率。

图5. 基于PBTz-TT和PFBTz-TT的形貌分析。

  GIWAXS结果表明，与PBTz TT纯膜相比，PFBTz TT表现出更明显的face-on取向和更紧密的π-π堆积，这也验证了其更高的电子迁移率。此外，PBDB-T/PFBTz-TT薄膜表现出分子堆积更为有序且紧密，结晶度更高，这促进了电荷传输，从而获得更高的J_sc和FF。

  总而言之，基于PFBTz-TT的all-PSCs表现出的高PCE和良好批次差异性意味着non-fused PSMAs在构建高性能低成本all-PSCs领域具有广阔的前景。

  原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/solr.202101034