Small Science:苯并二呋喃聚合物(BDF)给体材料在有机光伏领域中的研究进展

于苯并二噻吩(BDT)单元的聚合物给体材料因具有良好的光伏性能,受到了广泛的关注。与噻吩相比,具有与硫同族的氧,且同是五元杂环的呋喃,不但有着生物可降解、再生的优势,而且具有更深的HOMO能级与更好的平面性,但是目前科研工作者对苯并二呋喃单元的关注较少,BDF聚合物的光伏性能也远远落后于BDT聚合物。最近,基于BDF聚合物的太阳能电池性能取得了重要进展,最高效率已经超过16%,表明BDF是一种具有较大潜力的电子给体单元,可以用来构建高效聚合物给体材料,用于制备高性能非富勒烯太阳能电池。

近日,北京航空航天大学孙艳明教授和李燕教授团队联合哈尔滨工业大学张勇教授,在Small Science上综述了苯并二呋喃类聚合物给体材料的最近研究发展。该综述首先总结了BDF聚合物给体材料在富勒烯太阳能电池中的应用情况,然后重点讨论了BDF聚合物的分子设计策略和非富勒烯受体的选择对非富勒烯太阳能电池性能的影响,阐明了化学结构和器件性能之间的关系。最后,为进一步提高BDF聚合物材料的光伏性能,该综述在分子结构设计、器件构型以及工艺优化等方面给出了建议和展望。

图1. 近年来基于BDF聚合物有机太阳能电池效率增长图以及化学结构示意图

基于BDF的聚合物在非富勒烯太阳能电池中取得了重大进展并获得了出色的光伏性能。调整BDF聚合物的化学结构并在BDF聚合物供体和受体之间形成良好的相容性可以平衡相分离和电荷传输。通过更好理解动力学和热力学、光物理现象、能量损失以及界面工程从而进行工艺优化,相信BDF聚合物基太阳能电池光伏性能将赶上甚至超过BDT基聚合物太阳能电池。该综述希望为新型BDF聚合物给体材料的设计与合成提供有用的借鉴,促进有机光伏领域的进一步发展。

论文信息:

Recent Progress of Benzodifuran-based Polymer Donors for High-Performance Organic Photovoltaics

Xiaoming Li, Yan Li*, Yong Zhang*, Yanming Sun*

Small Science

DOI: 10.1002/smsc.202200006

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smsc.202200006