高效有机太阳能电池用新型聚合物材料

本研究开发了一种名为PQIC的新型给体-受体一体化共轭聚合物，其核心设计是将高性能Y型小分子受体通过环融合方式刚性地‘集成’到聚合物给体主链中，构建出连续、刚性的π共轭骨架。这种结构突破了传统共轭聚合物易振动、缺陷多、电子-声子耦合强等固有局限。结果表明：PQIC本身不直接吸收光产生电流，但作为第三组分加入D18:L8-BO二元体系后，能显著优化活性层形貌——增强分子结晶性与有序堆积、降低缺陷态密度、削弱电子-声子相互作用，并促进电荷在给体与受体之间的高效传输与收集。实验测得三元器件光电转换效率达20.81%（经权威第三方认证为20.60%），是目前有机太阳能电池最高效率之一。更重要的是，该器件展现出优异的实用化潜力：在持续最大功率点跟踪2000小时后仍保持约85%初始效率；活性层厚度达300纳米时效率仍高达19.11%；1平方厘米大面积器件效率达19.78%，效率保持率达95.1%（远高于二元体系的90.4%）。这些性能提升主要源于PQIC的三重协同作用：一是作为‘结晶调节剂’，提升整体结晶度与相纯度；二是作为‘相容剂’，强化给体与受体间的分子间相互作用，稳定共混形貌；三是作为‘双通道传输桥梁’，同时高效传输空穴和电子，从而全面抑制各类复合损失（尤其是非辐射复合）。本工作提出了一种普适性强、可扩展的分子设计策略，为发展高效率、高稳定性、易加工的有机太阳能电池提供了新路径。