近日，Cell Press旗下期刊Joule（《焦耳》）在线发表了高等研究院研究员闵杰课题组在全聚合物有机太阳能电池研究方面取得的最新研究成果。该研究工作大幅度提高全聚合物有机太阳能电池的光电效率，而且为设计高效聚合物受体材料和调控给受体兼容性提供了新的研究思路。
论文题为“Controlling Molecular Mass of Low-Bandgap Polymer Acceptors for High Performance All-Polymer Solar Cells”。闵杰课题组博士研究生王伟和吴强为共同第一作者，闵杰为独立通讯作者，武汉大学为第一署名通讯单位。
近年来，可应用于建筑集成光伏、便携式智能电子器件、万物互联设备的有机太阳能电池受到广泛关注。基于非富勒烯小分子受体的有机太阳能电池光电效率迅速提高，已经突破了17%。尽管聚合物给体/非富勒烯小分子受体光伏体系具有良好的光吸收和电子传输性能、但通常这类体系的光、热、机械稳定性较差。相反，全聚合物太阳能电池（all-PSCs）在稳定性方面具有明显的优势，引起了业内的广泛关注。然而，目前全聚合物电池效率未达到效率理论值，也远远低于基于非富勒烯小分子受体的聚合物太阳能电池。尽管存在许多高开路电压及填充因子的全聚合物光伏体系，但由于较低的电流密度限制了其光电效率的提升。
最近，闵杰课题组为了提高聚合物受体材料的光吸收性能，合成了一种新的聚合物受体PYT。该聚合物受体不仅具有高吸光系数1.0×105 cm-1，而且其光学带隙仅为1.40 eV（吸收边为880 nm）。进一步引入聚合物PM6作为给体材料，并通过调控PYT的分子量（低分子量PYTL，中分子量PYTM，高分子量PYTH，如图1所示）来精细调控聚合物受体材料的结晶性、分子堆积以及给受体材料的兼容性，从而优化活性层的微观形貌。相比于PM6:PYTL和PM6:PYTL光伏体系，基于PM6:PYTM活性层的光伏器件获得了最高的电流密度（21.78 mA/cm2）和光电转换效率（13.44%）。该研究工作不仅获得了高效率的全聚合物有机太阳能电池，而且为设计高效聚合物受体材料和调控给受体兼容性提供了新的研究思路。
图1 PM6:PYT光伏体系及其器件效率、混合膜形貌示意图和器件能量损失
