北京师范大学/青岛大学，AM：定制化设计基于苯并三噻吩单元的新型宽带隙聚合物给体材料，实现有机太阳能电池超过20%的光电转换效率- 大数跨境

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北京师范大学/青岛大学，AM：定制化设计基于苯并三噻吩单元的新型宽带隙聚合物给体材料，实现有机太阳能电池超过20%的光电转换效率

科学材料站

2025-11-12

导读：北京师范大学/青岛大学，AM：定制化设计基于苯并三噻吩单元的新型宽带隙聚合物给体材料，实现有机太阳能电池超过20%的光电转换效率

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文章信息

第一作者：祝向伟，谷承霖，刘淑喆

通讯作者：薄志山*，刘亚辉*，路皓*

单位：青岛大学，北京师范大学

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研究背景

目前，有机太阳能电池领域主流的材料体系非聚合物电子给体与小分子电子受体莫属。但是，两者的发展程度却呈现出了显著的差异：小分子受体通过从富勒烯到非富勒烯的转型，有力地提升了有机太阳能电池的光电转换效率，并屡创新高；而聚合物给体却面临着类型单一、高效材料更迭缓慢的窘境，可以说，现有的聚合物给体材料已经很难支撑领域的强劲发展。

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文章简介

近日，来自青岛大学/北京师范大学的薄志山教授与青岛大学的刘亚辉教授、祝向伟教授和路皓副教授，在国际知名期刊Advanced Materials上发表题为“Customized Molecular Design of a Novel Wide-bandgap Polymer Donor Based on Benzo[1,2-b:3,4-b':6,5-b'']trithiophene Unit with over 20% Solar Cell Efficiency”的研究型文章。该文章设计、合成出了一种基于苯并三噻吩的全新吸电子单元，并由此构建出了一种高效的聚合物给体材料PBCE-2，最终在相应的有机太阳能电池中实现了高达20.4%光电转换效率。

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本文要点

要点一：创新的分子设计

该研究拟通过在benzo[1,2-b:3,4-b':6,5-b'']trithiophene单元上引入酯基和氯原子，尝试将这一传统的给电子单元改造成一种全新的吸电子单元（简称为BCE），并通过理论计算论证了BCE作为吸电子单元的可行性，随后为之设计了一条简单可行的合成路线，最终仅通过四步常规反应即可实现BCE单元的规模化制备。

要点二：超精细的结构工程

该研究先是利用二维共轭的苯并二噻吩（BDTT）作为给电子单元，并与带有噻吩p桥的BCE单元（吸电子单元）共聚构建出了新型D-A交替的聚合物分子主链。随后，通过精细调节BDTT单元上烷基侧链的长度和F原子的含量，最终构建出了溶液加工性强、温度依赖聚集特性突出且与明星受体分子L8-BO能级最为匹配的聚合物PBCE-2。

要点三：器件性能突破高起点的初始效率

该研究首先制备出了基于PBCE-2和L8-BO的二元OSC，再通过引入低成本富勒烯受体PC71BM的方式进一步强化了活性层的吸光能力和电子传输效率，最终获得了高达20.4%的PCE，这也使得PBCE-2成为继明星聚合物PM6、D18后又一进入“20%效率俱乐部”的新型聚合物给体材料。

我们坚信未来通过分子结构和器件工程的协同优化，这类材料的效率还能够攀升至新的高度，推动有机太阳能电池聚合物给体材料的革新。

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文章链接

Customized Molecular Design of a Novel Wide-bandgap Polymer Donor Based on Benzo[1,2-b:3,4-b':6,5-b'']trithiophene Unit with over 20% Solar Cell Efficiency

https://doi.org/10.1002/adma.202516146

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通讯作者简介

薄志山教授

吉林大学学士、硕士、博士，德国柏林自由大学和美国北卡州立大学博士后，2002 年任中国科学院化学研究所研究员，2002 年获得基金委“杰出青年科学”基金支持，教育部长江学者特聘教授（2015-2020），教育部长江学者创新团队带头人，能量转换与存储材料北京市重点实验室主任。主要从事共轭聚合物光电功能材料的合成与性能研究，在国际重要学术期刊发表学术论文 300 余篇，包括Nat. Energy, Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Sci. China Chem., Adv. Energy Mater., ACS Energy Lett., Chem. Mater., Macromolecules等高水平论文。

刘亚辉教授

青岛大学教授，山东省优青，山东省泰山学者青年专家。2013 年本科毕业于北京师范大学，2018 年于北京师范大学获得博士学位，师从薄志山教授。2020 年加入青岛大学纺织服装学院，功能染料与应用技术研究院核心成员，博士/硕士生导师，主持国家青年基金、面上项目等。研究方向：有机光电材料与器件，如有机太阳能电池关键材料、钙钛矿太阳能电池空穴传输材料等，开发了多种非富勒烯受体材料，共轭聚合物给体材料等。至今以第一/通讯发表 SCI 论文 80 余篇，包括Acc. Chem. Res., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Energy Environ. Sci., Adv. Mater., Joule, Sci. China Chem., Adv. Energy Mater., ACS Energy Lett., Chem. Mater., Macromolecules等高水平论文。

路皓副教授

青岛大学特聘教授。2022 年 6 月博士毕业于北京师范大学，师从薄志山教授。2022 年入职青岛大学，现为青岛大学材料科学与工程学院高分子材料系副教授，同时任职于青岛大学功能染料与应用技术研究院，长期从事有机光伏材料与器件的研究。以第一作者/共同一作/通讯作者身份在Advanced Materials，Angewandte Chemie International Edition, Energy & Environmental Science, Advanced Energy Materials, Advanced Functional Material, ACS Energy Letter, Chemical Engineering Journal, Science China Chemistry等学术期刊上发表40 多篇研究论文，多篇论文被杂志高亮报道。

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第一作者简介

祝向伟教授

青岛大学教授，山东省泰山学者青年专家。2016年1月于清华大学获得博士学位，师从魏志祥研究员和帅志刚教授，同年进入中国科学院（国家纳米科学中心）工作，历任助理研究员、副研究员。2022年6月加入青岛大学功能染料与应用技术研究院薄志山教授团队。近年来以第一作者/共同一作/通讯作者身份在J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Energy. Environ. Sci.、Adv. Energy Mater.、Nano Energy、Chem. Mater.、J. Mater. Chem. A等国际知名学术期刊上发表论文多篇。