在D-A共軛聚合物的受體單元上引入氟取代基，由于可以在不影響聚合物吸收光譜和遷移率的前提下，有效降低聚合物的HOMO能級(jí)，進(jìn)而提高器件的開路電壓和光伏性能，成為近幾年來的研究熱點(diǎn)；但是受限于受體單元在引入氟取代基時(shí)的選擇性，這種方法只能應(yīng)用于少數(shù)的聚合物光伏材料體系，因而，如何有效的拓展其在聚合物光伏材料體系中的應(yīng)用具有十分重要的科學(xué)意義。
在中國科學(xué)院、科技部、國家自然科學(xué)基金委和化學(xué)所的大力支持下，化學(xué)所高分子物理與化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室相關(guān)研究人員首次提出了在D-A共軛聚合物給體單元共軛側(cè)鏈上引入氟取代基的設(shè)計(jì)思路，發(fā)明了在聚合物給體單元共軛側(cè)鏈引入氟取代基的合成方法（專利申請(qǐng)?zhí)枺?01310302374.4），并設(shè)計(jì)合成了一系列聚合物光伏材料（Adv. Mater., 2014,26, 1118-1123）。結(jié)果表明：引入氟取代基后，聚合物的吸收光譜和遷移率幾乎沒有變化，聚合物的HOMO能級(jí)明顯下降；相對(duì)于在受體單元上引入氟取代基，在給體單元共軛側(cè)鏈上引入氟取代基能更加有效的降低聚合物的HOMO 能級(jí)；在給受體單元上氟取代基的協(xié)同作用下，聚合物的HOMO能級(jí)下降0.30eV；相應(yīng)光伏器件的開路電壓提高0.22V, 能量轉(zhuǎn)化效率從4.5%提高到8.6%。這一研究結(jié)果突破了氟取代基在調(diào)節(jié)聚合物分子能級(jí)方面的局限性，首次成功的實(shí)現(xiàn)了在給體單元上引入強(qiáng)吸電子基團(tuán)調(diào)節(jié)聚合物分子能級(jí)的設(shè)計(jì)理念，為聚合物光伏材料的分子設(shè)計(jì)提供了新的思路和方法，將極大的促進(jìn)新型高效聚合物光伏材料的發(fā)展。
圖1 聚合物的分子結(jié)構(gòu)和相關(guān)的光伏性能參數(shù)
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