近日，汕頭大學化學化工學院（碳中和未來技術學院）武慶賀教授課題組在“有機太陽能電池給體材料”研究領域取得新進展，相關研究成果以“A Multifluorination Strategy Toward Wide Bandgap Polymers for Highly Efficient Organic Solar Cells”為題發表在化學的Top期刊《Angew. Chem. Int. Ed.》上。

目前，有機光伏常用的非富勒烯受體（Y6及其衍生物）具有窄帶隙、中等HOMO能級和高結晶性等特點，這要求聚合物給體具有相匹配的物理性質，例如互補的光吸收、匹配的HOMO能級以及優異的形貌和相分離。然而，完全滿足這些要求的聚合物較少，而且如何設計合成高性能的聚合物給體仍然面臨挑戰。

武慶賀教授課題組設計合成新型稠環化合物四氟萘二噻吩FNT，利用FNT設計合成的聚合物PFNT-F和PFNT-Cl具有如下優點：(1)多氟取代使聚合物具有較低的HOMO能級(~ -5.5 eV)和較寬帶隙(~ 2.0 eV) (2)原子間豐富的弱相互作用(F…H, F…F)使聚合物具有高的薄膜結晶性和高效的空穴傳輸；(3)與多氟取代的非富勒烯受體N3具有良好的相容性，共混薄膜具有納米纖維狀形貌且在基底上采用Face-on取向，而在純膜中主要采用Edge-on的取向。由于匹配的光電物理性質、高效的電荷傳輸、以及優異的形貌和相分離，基于PFNT-F/Cl:N3的有機太陽能電池具有高達0.80的填充因子(FF)，以及優異的光電轉換效率17.53 %和18.10 %，這是最好的給體材料之一。該工作說明多氟取代是設計合成高性能聚合物給體的高效策略。

該論文共同第一作者為汕頭大學研究生陳錦明和李冬燕，通訊作者為武慶賀教授，合作者包括南方科技大學何鳳教授、汕頭大學黃曉春教授和黨麗教授、東華大學喬小蘭教授。該工作得到國家自然科學基金、廣東省高校創新團隊項目和廣東省自然科學基金的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202215930