南科大郭旭岗、刘斌&广州大学孙会靓Adv. Mater. Technol.：高分子量酰亚胺基共聚物赋能高效稳定全聚合物太阳能电池

Wiley

2025-09-04

研究背景

随着柔性、轻质、可溶液加工等优势的不断显现，有机太阳能电池在清洁能源领域的研究热度持续攀升。其中，由聚合物给体材料和聚合物受体构成的全聚合物太阳能电池（all-PSCs）因具备优异的溶液流变行为与机械柔韧性，在可穿戴电子器件与室内光伏应用中展现广阔前景。近年来，得益于“小分子受体高分子化（PSMAs）”的发展，all-PSCs的光电转化效率已突破19%。然而，当前主流PSMAs受体的数均分子量普遍偏低（<30 kDa），制约了器件整体的机械稳定性与加工鲁棒性，亟需开发高分子量、性能优异的聚合物给体以实现协同优化。

文章概述

为此，南方科技大学郭旭岗教授团队设计并合成了一类基于双噻吩酰亚胺（BTI）结构单元的新型聚合物给体材料。该系列聚合物通过系统调控侧链结构（从2-己基癸基HD扩展至2-辛基十二烷基OD、2-癸基十四烷基DT），实现了高分子量（数均分子量达120.3~140.5 kDa）的构建，同时有效调节了材料的结晶性和与聚合物受体PY-IT的相容性。研究表明，PBTI-OD:PY-IT体系展现出最佳性能，器件效率达18.47%。在此基础上，引入第三组分PY-DT后，三元共混体系的器件效率进一步提升至19.20%，是目前已报道的all-PSCs中高效率成果之一。更为重要的是，随着聚合物侧链长度增加，器件的机械柔韧性显著增强，弯曲循环后性能保持率提升，同时展现出优异的热稳定性，显著优于传统PM6:PY-IT体系。本研究首次在保持高光伏效率的同时，实现了器件在机械与热稳定性方面的同步突破，为解决全聚合物光伏器件中受体低分子量带来的局限性提供了新思路。

图文导读

图1 聚合物的化学结构和材料性质。（a）聚合物PBTI-HD、PBTI-OD、PBTI-DT和PY-IT的分子结构。（b）聚合物的分子量分布曲线。（c）能级分布图。（d）共混薄膜吸收特性。

图2 器件结构和光伏性能。（a）全聚合物太阳能电池器件结构。（b）J-V特性曲线。（c）分子量和器件性能对比散点图。（d）EQE曲线。（e）器件性能平均值箱形图。

图3 器件稳定性曲线。（a）弯曲稳定性。（b）最大功率点下的运行稳定性。（c）、（d）和（e）分别为短路电流、填充因子和光电转化效率随加热时间变化的保留百分比。

结论

研究团队构建了一类基于BTI单元的新型聚合物给体材料，用于高性能全聚合物太阳能电池的开发。该类材料兼具高数均分子量和优异的聚合物受体相容性，显著提升了器件的光伏效率、机械柔性及热稳定性。相关成果不仅突破了传统聚合物给体在分子量和相容性上的限制，也为实现高效、长寿命的全聚合物太阳能电池提供了新材料体系与设计思路。

期刊简介

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