有機(jī)太陽能電池（OSC）因具有成本低、重量輕、靈活性高等優(yōu)勢，近年來迅速成為研究熱點(diǎn)。由于一系列新型非富勒烯受體和聚合物給體相繼被開發(fā)出來，OSC的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）現(xiàn)已超過18%。絕大多數(shù)OSC聚合物給體是光學(xué)帶隙（Eg）大于1.7?eV的給體-受體（D-A）交替的共軛聚合物。由于苯丙二噻吩（BDT）結(jié)構(gòu)單元具有高度對稱共面骨架和結(jié)構(gòu)可調(diào)性，為了與非富勒烯受體合適匹配，鹵素原子尤其是F通常被引入基于BDT的聚合物之中。然而，這類聚合物的合成步驟卻較為繁瑣。

在開發(fā)OSC領(lǐng)域的材料時，將與碳碳雙鍵（C=C）等電子的硼氮共價鍵（B-N）引入π體系可以作為一種新的分子設(shè)計策略。由于B-N的硼原子采用sp2雜化，所形成的共軛骨架有利于分子間電荷傳輸。在OSC中。然而，含有B-N的材料卻很少用于OSC之中。

報道了一種新型含有B-N的結(jié)構(gòu)單元BNT和基于BNT的聚合物給體PBNT-BDD。BNT的合成比較簡單，僅需要三步反應(yīng)，而且總收率也比較高。而PBNT-BDD與常見的聚合物給體PM6和D18相比也有**降低的合成難度，其數(shù)均分子量（Mn）為59?kDa，摩爾質(zhì)量分散度（?M）為1.9，且易溶于常見有機(jī)溶劑，如氯仿和氯苯和1,2-二氯苯等。熱重分析（TGA）表明，PBNT-BDD熱穩(wěn)定性較好，分解溫度約為400℃。此外，差示掃描量熱分析（DSC）顯示該聚合物給體并未表現(xiàn)出熔融或結(jié)晶轉(zhuǎn)變，說明其結(jié)晶度較弱。

圖2:基于PBNT-BDD:Y6-BO和PM:Y6-BO的OSC器件光伏性能測試

研究人員隨后將PBNT-BDD與非富勒烯受體Y6-BO共混制備了相應(yīng)的OSC器件，并考察了具體的光電性能。結(jié)果顯示，基于PBNT-BDD:Y6-BO的OSC器件獲得了高達(dá)16.1?%的PCE以及0.88?V的開路電壓（VOC）、25.4?mA?cm-2的短路電流密度（JSC）以及0.72的填充因子（FF）。這些結(jié)果與基于PM6:Y6-BO的器件相比，表現(xiàn)出非常相似的結(jié)果，雖然FF較低，但VOC卻高出0.05?V。更重要的是，PBNT-BDD具有高的三重態(tài)能級和較小的ΔEST。因此，基于PBNT-BDD器件的能量損失（Eloss）為0.45 eV，遠(yuǎn)小于基于PM6的器件（0.50?eV）。

圖2:基于PBNT-BDD:Y6-BO和PM:Y6-BO的OSC器件形貌表征綜上，該工作不僅設(shè)計和合成了一種新型含B-N的結(jié)構(gòu)單元BNT和聚合物給體PBNT-BDD用于高性能OSC，同時也為后續(xù)的相應(yīng)材料分子設(shè)計提供了新思路。

小編zhn2021.08.13