凭借Y系列非富勒烯受体的快速发展，单结二元有机太阳能电池（OSC）的能量转换效率（PCE）已超过19％。尽管取得了这些进展，但最先进的OSC通常涉及使用卤代和芳香族溶剂，例如氯仿（CF）和氯苯（CB），以提供有利的共混形貌以实现有效的电荷传输。例如，PM6是最具代表性的聚合物给体之一，可实现超过19％的高性能，其中光活性层通常由CF或CB处理以形成明确定义的原纤维结构。卤代和芳香族溶剂具有剧毒，不可避免地为满足工业法规和有毒废物处理要求，会产生额外成本。因此，无卤素和非芳香族溶剂是更具吸引力的加工溶剂，因为它们在环境中的累积可以显著减少，使其更适合OSC的可持续和大规模工业生产。然而，由于无卤素和非芳香族溶剂对具有扩展π共轭和平面结构的光活性材料（如PM6）的溶解性有限，因此使用它们制备OSC仍然具有挑战性。为了解决溶解度问题，已经开发出热旋涂等高温加工方法，但它们不适合未来OSC的大规模生产。因此，迫切需要开发在无卤素和非芳香族溶剂中具有理想溶解度的高性能光活性材料，并实现OSC的室温可加工性。
在本研究中，成都理工大学彭强教授、廖晨童研究员和四川大学徐小鹏研究员团队报道了通过将二噻吩邻苯二甲酰亚胺（DPI）作为第三种组分引入PM6主链，开发出可四氢呋喃（THF）加工的高性能三元共聚物。与苯并二噻吩二酮（BDD）骨架相比，DPI具有更高的偶极矩，这赋予了聚合物低HOMO能级和良好的溶解性。通过改变DPI负载，我们合成了四种基于PM6的三元共聚物：PBD-5、PBD-10、PBD-15和PBD-20（图1）。缺电子DPI单元扩展了吸收带，降低了HOMO能级，并保持了适当的链间相互作用，从而获得了更高的结晶度，同时确保了室温下出色的THF溶解性。THF处理的PBD-10:L8-BO器件呈现出纳米纤维状互穿网络，实现了18.79%的具有竞争力的PCE，与CF处理的同类器件（19.04%）相媲美。通过引入PBTz-F作为第二给体，三元OSC在用THF处理时达到了令人印象深刻的19.45%的PCE。这种改进源于增强的光子生成、改进的形态、更好的电荷传输、更长的激子寿命、高效的电荷分离和收集以及抑制的复合。这项工作展示了环保OSC制造方面的重大进展，为更可持续和商业上可行的有机光伏技术铺平了道路。该工作以“Tetrahydrofuran Processable Organic Solar Cells with 19.45% Efficiency Realized by Introducing High Molecular Dipole Unit Into the Terpolymer”为题发表在《Advanced Materials》（DOI: 10.1002/adma.202411071）。图1. a) 含DPI的PM6基三元共聚物的设计策略。b) PBTz-F和L8-BO的化学结构。c) 用THF处理的活性层示意图和本工作中使用的器件结构。图 2. a) CF处理的OSC的J-V曲线。b) CF处理的OSC的EQE。c) PBTz-F、PBD-10和L8-BO的归一化吸收。d) THF处理的二元和三元共混OSC的J-V曲线。e) THF处理的二元和三元共混OSC的EQE光谱。f) 总结用无卤素溶剂处理的OSC的PCE与F 图。g) PBTz-F和PBD-10薄膜的归一化PL光谱。h) 在560nm处激发并归一化为其吸光度的不同重量比的PBD-10:PBTzF共混物的PL光谱。i)分别使用原始 PBD-10、PBTz-F和二元PBD-10:PBTz-F混合膜作为活性层的仅供体器件的 J-V 曲线声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
