《Angew》：聚合物受体光伏材料设计新策略及其研究进展

来源：高分子科学前沿

近年来，聚合物太阳能电池（PSCs）以其重量轻、价格低廉、可通过印刷方式制备大面积柔性器件等优势，得到了学术界和工业界的广泛关注，是重要的前沿研究领域。值得注意的是，由聚合物给体和聚合物受体构筑的全聚合物太阳电池(all-PSCs)在器件稳定性和机械柔韧性上具有独特优势，具有应用于可穿戴及柔性可拉伸光伏器件的潜力。而对于这一美好愿景，高性能聚合物受体是关键。在最新的一期的Angew. Chem. Int. Ed.上，北京化工大学张志国教授和中科院化学所李永舫院士将他们提出的“小分子受体高分子化”的概念（Polymerized Small Molecule Acceptors，PSMAs）以及近年的研究进展做了详尽介绍，并对未来发展给出了多项前瞻性的建议。

图 1. 以“小分子受体聚合化”概念构思的《德国应用化学》卷首图。

2017年，张志国博士和李永舫院士在Angew. Chem. Int. Ed. (2017, 56, 13503-13507）提出了“小分子受体高分子化”的概念（PSMAs）以发展窄带隙、强吸收聚合物受体。这种策略在保持小分子受体（SMA）性能的同时，还能带来聚合物的额外优点，例如热稳定性高、机械可拉伸性能强以及性能可调范围宽。他们首先将具有A-D-A型强吸收窄带隙SMA结构单元与噻吩单元共聚合，合成了窄带隙、强吸收聚合物受体PZ1 (分子结构见图1)。PZ1具有1.55 eV的窄带隙和高吸收系数（1.3×105  cm-1）。用宽带隙聚合物PBDB-T作为给体和PZ1为受体的all-PSCs获得了9.19％的高PCE，这是all-PSCs效率同期报道的最高值。这种聚合策略的成功为开发高效聚合物受体提供了新思路。

得益于其突出的优势，近年来。PSMAs概念受到了广泛关注，国内外多个课题组从事了相关研究，并且在结构上也得到了拓展，PSMAs已发展成为一个重要的研究方向。在最近的一期Angew. Chem. Int. Ed. (2021，60，4422-4433）中，他们从历史发展的角度回顾了all-PSCs的发展历程，存在问题，解决方法以及这些方法的局限性，这也正是PMSAs这一概念提出的研究背景；然后他们介绍了国内外课题组基于这一策略构筑的各种PMSAs类聚合物；最后的展望部分，他们指出PSMAs类受体也能像SMAs一样，实现理论效率，并对该领域进一步发展提出了多项前瞻性的建议。

文章信息：

1.Zhang, Z.-G*.; Yang, Y.; Yao, J.; Xue, L.; Chen, S.; Li, X.; Morrison, W.; Yang, C.; Li, Y.* Constructing a Strongly Absorbing Low-Bandgap Polymer Acceptor for High-Performance All-Polymer Solar Cells.Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 13503-13507.

2. Zhang, Z.-G.*; Li, Y.* Polymerized Small Molecule Acceptors for High Performance All-polymer Solar Cells. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 4422-4433.