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【研究背景】
有机太阳能电池（OSC），由于可以通过绿色的、低成本的印刷技术制备大面积的柔性薄膜电池组件，具有巨大的发展潜力。活性层是有机太阳能电池的核心部分，其作用为吸收光能并转化为自由电荷。典型的有机太阳能电池的活性层，由能级相互匹配的电子给体与电子受体两部分组成，活性层吸收太阳光后，在给体与受体的界面转化为正电荷和电子，正电荷经由给体传输到阳极，而电子经由受体传输到阴极，向外电路供电。给体与受体的分子结构对活性层的形貌（活性层形貌的重要性在于决定了光生自由电荷的产生和迁移效率），从而对电池的性能具有重要的影响。过去二十多年来，OSC的受体材料基本上固定为富勒烯衍生物（最常用为PC60BM和PC71BM），因为其各向同性的球形结构，电负性和电子迁移率非常高。围绕富勒烯衍生物受体材料，设计了各种性能优异的给体材料，使聚合物给体-富勒烯受体这种组合模式的OSC的光电转化效率（PCEs）超过了10%。但是这种组合模式的致命缺陷在于富勒烯受体几乎不吸收光，致使OSC不能完全覆盖整个可见光-近红外光区，进一步提高OSC的PCEs非常困难。
为了拓宽OSC的光吸收范围，最近出现了一些性能优异的、与聚合物给体材料光吸收互补的非富勒烯受体材料。这为OSC的PCEs的进一步提高提供了更大的可能性。至此，一个重要的问题来了。适用于富勒烯受体的聚合物给体的结构设计方法是否同样适用于非富勒烯受体，如何设计与非富勒烯受体兼容的给体聚合物呢？
【成果简介】
香港科技大学化学系颜河教授（通讯作者）的研究团队对上述问题进行了探索。继2014年推出了一系列的与富勒烯受体兼容的、具有温度依赖性聚集特性（TDA）的高效聚合物给体后，又在最近设计了一种新的、在结构上与非富勒烯小分子受体兼容的TDA型高效聚合物给体材料PTFB-O，使并没有经过任何优化的非富勒烯OSC实现了高达10.9%的光电转化效率。
他们巧妙地设计了两个氟原子在苯环上分别邻位和对位取代的给体聚合物PTFB-O和 PTFB-P同分异构体，并与其它的类似聚合物的结构和性能对比，表明了与富勒烯受体兼容的聚合物给体，不一定与非富勒烯受体兼容。在此基础上，得出了新的给体聚合物设计的一个重要指导方法：由于非富勒烯受体的电子迁移率通常低于富勒烯受体，分子设计使给体聚合物的结晶更小、与受体更好地共混显得尤为重要。