近年來(lái)，聚合物太陽(yáng)能電池由于其重量輕、價(jià)格低廉、可通過(guò)印刷的方式制備大面積柔性器件等優(yōu)勢(shì)，得到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，是重要的前沿研究領(lǐng)域。聚合物太陽(yáng)能電池的活性層通常由基于聚合物/有機(jī)小分子的電子給體和電子受體共混而成。作為電子受體材料，以PCBM為代表的富勒烯類n-型有機(jī)半導(dǎo)體已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于聚合物太陽(yáng)能電池中，基于聚合物-富勒烯的聚合物太陽(yáng)能電池效率已經(jīng)突破11%。由于富勒烯類受體存在可見(jiàn)區(qū)光吸收較弱、分子能級(jí)調(diào)制范圍小、合成和提純成本較高的局限性，人們逐漸將目光轉(zhuǎn)向基于非富勒烯型聚合物太陽(yáng)能電池。長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)內(nèi)外的多個(gè)研究組聚焦于非富勒烯類受體的研究，但基于聚合物給體-非富勒烯受體的太陽(yáng)能電池效率仍明顯低于聚合物給體-富勒烯受體的太陽(yáng)能電池。近年來(lái)，多種具有優(yōu)良特性的非富勒烯型受體被設(shè)計(jì)出來(lái)，如萘二酰亞胺類聚合物受體N2200、A-D-A型小分子ITIC、苝二酰亞胺類小分子和聚合物受體等。上述新型受體為制備高效率非富勒烯聚合物太陽(yáng)電池提供了可能。

　　非富勒烯型聚合物太陽(yáng)能電池不僅需要高性能的受體材料，而且需要對(duì)聚合物給體的化學(xué)結(jié)構(gòu)和光電特性進(jìn)行細(xì)致的調(diào)控。2013年，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所高分子物理與化學(xué)實(shí)驗(yàn)室報(bào)道了一種基于二維共軛BDT單元與BDD單元的聚合物（簡(jiǎn)稱：PBDB-T）（Macromolecules 2012, 45, 9611-9617）。此后，該實(shí)驗(yàn)室的研究人員采用聚合物PBDB-T與多種非富勒烯受體材料共混制備光伏器件，研究結(jié)果表明，該聚合物十分適合用于制備高效率的非富勒烯型聚合物太陽(yáng)能電池。基于此，科研人員取得了一系列研究進(jìn)展Org. Electron. 2015, 17, 295-303；ACS Appl. Mater. Interf. 2015, 7, 9274-9280；Adv. Mater. 2015, 27, 6046-6054。

　　近期，在中科院和國(guó)家自然科學(xué)基金委的支持下，化學(xué)所高分子物理與化學(xué)實(shí)驗(yàn)室侯劍輝課題組研究人員進(jìn)一步將PBDB-T與市售非富勒烯型受體材料ITIC共混構(gòu)建非富勒烯型聚合物太陽(yáng)能電池，在小面積器件（13 mm2）中取得了創(chuàng)紀(jì)錄的11.2%的能量轉(zhuǎn)換效率。這不僅是目前非富勒烯受體太陽(yáng)能電池效率最突出的結(jié)果之一，并一舉使非富勒烯型聚合物太陽(yáng)能電池效率達(dá)到了富勒烯受體的最好水平。課題組也制備了1cm2的電池，該電池的效率由具有資質(zhì)的第三方采用“窗口法”進(jìn)行了驗(yàn)證，達(dá)到了10.78%，是1cm2聚合物太陽(yáng)能電池中取得的最高結(jié)果。另外，這個(gè)電池活性層薄膜形貌也表現(xiàn)了出色的熱穩(wěn)定性，經(jīng)過(guò)100 oC熱退火處理250小時(shí)，仍然可以保持接近11%的光伏效率（Adv. Mater. 2016, 28, 4734–4739）。該工作發(fā)表之后，引起多家科技媒體的關(guān)注，其中，Nature 雜志在其Research Highlights（Nature 2016, 285, 532）中對(duì)該工作進(jìn)行評(píng)價(jià)，認(rèn)為“1平方厘米電池中取得10.78%的效率是有機(jī)光伏電池的紀(jì)錄性結(jié)果”，并指出該電池“易于實(shí)現(xiàn)低成本制備”。

具有11%效率的非富勒烯型聚合物太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)與效率驗(yàn)證報(bào)告