四川大学彭强教授课题组Adv. Funct. Mater：三元聚合物推进全聚合物太阳能电池突破20%效率

第一作者：邱梧珂

通讯作者：彭强*、徐小鹏*、廖晨童*

单位：四川大学化学工程学院， 成都理工大学材料与化学化工学院

全聚合物太阳能电池是可再生能源技术、可穿戴电子设备和柔性器件领域的前沿方向，具有优异的机械柔韧性、拉伸性、光学与形态稳定性，以及低成本、大规模生产半透明器件的潜力。近年来，材料创新与器件工程的进步已推动全聚合物太阳能电池的功率转换效率超过19%。尽管如此，全聚合物体系仍落后于基于小分子受体的有机太阳能电池，后者效率已突破20%。这一性能差距主要源于全聚合物体系的形态学挑战：长共轭链聚合物给体与受体的强缠结性，以及体系熵值降低导致的混溶性不足，这些因素阻碍了活性层最优形貌的形成。

由于聚合物共混物形貌调控的复杂性，开发高性能全聚合物太阳能电池仍面临挑战。四川大学彭强/徐小鹏&成都理工大学廖晨童团队将苯并[1,2-d:4,5-d']双噻唑（BBTz）引入PM6主链，构建系列三元共聚物给体，通过熵增效应及与聚合物受体的优异混溶性实现共混物形貌调控。基于PBZ-10:PY-IT体系的器件实现19.06%的优异能量转换效率（PCE）。在二元体系中引入PBQx-TF可进一步优化形貌、提升电荷传输与激子寿命、增强电荷解离与收集效率，同时抑制电荷复合，最终使全聚合物太阳能电池的PCE突破性达到20.04%（当前最高纪录）。该研究证实三元共聚策略对提升全聚合物太阳能电池性能的有效性，通过分子设计与组分优化为更高效率器件的实现提供可行路径，并推动可再生能源技术发展。

三元共聚物策略优化形貌: 通过将苯并[1,2-d:4,5-d']双噻唑（BBTz）引入PM6主链，构建了一系列三元共聚物给体体，显著改善了给体-受体的共混性，促进了纳米纤维结构的形成，优化了活性层形貌。

要点二：

创纪录的20.04%效率: 通过引入PBQx-TF进一步优化二元共混物的形貌和电荷传输，最终实现了全聚合物太阳能电池的创纪录效率20.04%，同时保持了优异的填充因子和开路电压。

要点三：

优异的操作稳定性: 三元共混物器件在800小时的连续光照下仍保持了80%的初始效率，展示了其在长期操作中的稳定性，为全聚合物太阳能电池的实际应用提供了有力支持。

Breaking 20% Efficiency of all-Polymer Solar Cells via Benzo[1,2-d:4,5-d′]Bisthiazole-Based Terpolymer Donor Strategy for Fine Morphology Optimization.

彭强教授简介：博士，教授，博士生导师，高分子材料工程国家重点实验室固定研究人员。先后获得英国皇家化学会会士（2020），国家杰出青年基金（2018），教育部新世纪优秀人才支持计划（2009），四川省学术和技术带头人（2014），四川省杰出青年基金（2013），江西省新世纪百千万人才工程（2009），江西省五四青年奖章（2009）。科睿唯安全球高被引科学家，斯坦福大学全球前2%顶尖科学家，英国皇家化学会Top 1%中国高被引学者。担任Small Structures首届顾问编委（Editorial Advisory Board），Current Applied Materials编委（Section Editor），Chin. Chem. Lett.和Molecules编委，中国能源学会专家委员会综合专家组副主任，中国化工学会化工新材料专业委员会专家委员、中国感光学会光电材料与器件分会专家委员，中国能源学会专家委员会综合专家组副主任，中国化工学会化工材料专业委员会专家委员，中国感光学会光电材料与器件分会专家委员。长期从事光电能源材料与器件的研究工作，主要涉及有机高分子太阳能电池、电致发光材料与器件，碳基纳米能源材料与器件等。先后主持或参与科技部重大研究计划、国家自然科学基金（集成项目、重点、面上、青年基金）、科技部国际合作项目、教育部新世纪优秀人才支持计划项目等30多项国家和省部级科研课题。在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Energy Environ. Sci., Nat. Commun.等国内外期刊上发表学术论文250余篇，SCI收录200余篇，影响因子大于10.0的有100余篇，其中25篇单篇引用超过100次，2篇入选2018年中国百篇最具国际影响力论文，40余篇入选ESI高被引论文和ESI热点论文，40余篇入选发表期刊的热点论文或封面论文。撰写学术专著章节3章，授权中国发明专利20项。2002年获香港求是基金会研究生奖、2004年获新加坡千禧基金会（SMF）博士后奖、2009年获江西省高等学校科技成果二等奖(排名第1)，2010年获江西省自然科学奖二等奖（排名第1），2021年获四川省自然科学奖一等奖（排名第1）。