在过去的几年中，虽然有机太阳能电池（OSC）的功率转换效率得到迅速提高，但其材料成本、寿命和绿色加工等方面也是OSC商业化道路上的关键问题。由于具备低成本和简单合成的优势，聚噻吩衍生物是有机太阳能电池最受欢迎的供体材料之一。然而，基于聚噻吩OSC的功率转换效率仍不及那些基于供体-受体（D-A）型共轭聚合物的OSC，这限制了其发展。

华南理工大学叶轩立教授等人引入了一种氟化聚噻吩衍生物，即P4T2F-HD，以调节本体异质结（BHJ）活性层的混溶性和形态，从而显著改善了OSC性能。由Flory-Huggins相互作用参数表明，P4T2F-HD与非富勒烯受体Y6-BO具有较低的混溶性，因而可以在BHJ膜中形成理想的纳米级相分离。通过优化由非卤代溶剂加工的P4T2F-HD:Y6-BO膜的阴极界面和形态，作者实现了基于聚噻吩的OSC的功率转换效率达到13.65％，创造了新的纪录。该研究以题为“Surpassing 13% Efficiency for Polythiophene Organic Solar Cells Processed from Nonhalogenated Solvent”的论文发表在《Advanced Materials》上。

文章亮点：

（1）作者成功引入了氟化聚噻吩衍生物（P4T2F-HD），并将其作为一种高效的供体聚合物与Y6-BO偶联，从而得到高效的OSC。与P3HT相比，P4T2F-HD与Y6-BO的混溶性相对较低，这使得供体和受体材料都能形成所需的堆积和纳米级相分离形态，从而形成有效的OSC。

（2）自组装的单层C 60-SAM被用作有效的界面改性剂，通过抑制自由电荷的重组并促进有效的电荷提取，进一步提高了P4T2F-HD:Y6-BO基OSC的性能。特别是使用非卤代溶剂处理优化的基于P4T2F-HD:Y6-BO的OSC达到了13.65％的高功率转换效率，创造了基于聚噻吩的OSC的新记录。

（3）基于P4T2F-HD:Y6-BO的OSC的性能不仅不受活性层的厚度和溶剂的影响，而且还具有出色的热稳定性。此外，P4T2F-HD:Y6-BO组合的成本低，具有很高的经济效益。

该研究突显了控制D / A交互作用以实现所需形态的重要性，为调节聚噻吩衍生物与高性能非富勒烯受体的混溶性提供了重要指导。基于P4T2F-HD:Y6-BO的OSC出色的整体性能和成本效益也表明，这种材料在未来有机光伏系统的应用中具有很广阔的前景。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202008158

来源：高分子科学前沿

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