河南大学未来技术学院报道光电效率超18%的呋喃类高分子有机光伏器件！

有机太阳能电池（OSCs）作为新一代可再生能源技术，因其具有重量轻、原料来源广泛、可通过卷筒工艺制备大面积器件等特点而备受关注。经过近数十年的器件工艺革新和有机光电功能性材料研发，OSCs单节器件和叠层器件的光电转化效率已分别超过19%和20%，展现出较大的应用前景。

然而，目前高性能OSCs光敏材料大多基于噻吩模块单元构筑，而噻吩及其衍生物主要来源于石油提炼，储量有限（图1）。虽然，我国已经具备工业化制备噻吩及其衍生物的能力，然而其工业制备仍然较为苛刻（需要昂贵的催化剂、高耗能、高污染）。相较于噻吩衍生物，作为同族的呋喃衍生物（糠醇、糠醛、糠酸等，图1）可以广泛地来源于秸秆、玉米芯、蔬菜根等农作物附属品，因而呋喃类光电材料研发在其大规模应用方面具有较高的成本竞争力。然而，基于呋喃类光电材料的OSCs效率却较大程度地滞后与基于噻吩类光电材料的OSCs效率。

图1. OSCs中呋喃类光电材料与噻吩类光电材料的示意图

鉴于上述现状，河南大学未来技术学院研究员高跃岳等人通过分子π桥失称策略设计合成了三种呋喃类高分子光电材料（图2）。他们发现目标不对称呋喃基高分子PBDF-TF-BTz不仅较其对称型呋喃类高分子表现出较高的相对介电常数，而且也展现出更有利的分子排布行为和与非富勒烯受体材料Y6较为合适的相容性（图3）。经过系列器件性能优化，目标器件最终获得18.10%的光电转化效率，属于基于呋喃类高分子OSCs效率的较好水平（图4）。该工作为呋喃类高分子的设计合成提供了一定的指导和理论基础。

图2. 本工作中目标呋喃类高分子分子结构

图3. 本工作中OSCs光敏层形貌

图4. 本工作中OSCs器件性能

上述工作以"Asymmetric π-bridge engineering enables high-permittivitybenzo[1,2-b:4,5-b′]difuran-conjugated polymer for efficient organic solar cells"为题发表在期刊Advanced Materials，论文链接为https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202306373。

河南大学未来技术学院高跃岳研究员为论文第一作者，河南大学高未来技术学院谭付瑞教授、国家纳米科学中心丁黎明研究员、河南师范大学秦朝朝副教授为该论文共同通讯作者。此外，该工作同时受到国家纳米科学中心肖作教授的支持。研究工作受到了国家自然科学基金、国家博士后科学基金、河南大学青年交叉基金等项目支持。

延伸阅读

高跃岳，河南大学未来技术学院研究员，博士生导师/硕士生导师，毕业于哈尔滨工业大学，师从张勇研究员/杨玉林教授，主要研究方向为呋喃类高分子光电材料合成。目前以第一或通讯作者在Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Nano Energy等期刊发表论文近30篇；授权国家发明专利8项；主持国家自然科学基金、国家博士后面上基金、河南省自然科学基金等项目6项。

本文由作者供稿。