三元有机太阳能电池（OSCs）作为一种可以有效拓宽光谱响应的策略得到了广泛的关注。得益于非富勒烯小分子受体的蓬勃发展，三元OSCs的效率取得了快速突破。但是值得注意的是，在活性层中加入第三组分会导致薄膜形貌变得更加复杂，甚至会严重降低活性层中电荷的收集与传输效率。因此，探究材料化学结构与活性层微观形貌之间的关系，对理解三元共混薄膜的调控，以及构建更高效的三元体系均具有重要意义。

对于给体聚合物而言，可以通过简单的侧链修饰实现对材料结晶性和分子堆积的微调控，进而影响本体异质结共混膜的性质。比如经常采用的结构简单的苯基侧链和联苯基侧链，其中联苯基侧链具有更强的分子间相互作用，诱导材料具有更强的结晶性，在一些二元体系中光伏性能要明显优于苯基侧链。然而当加入第三组分后，就有可能产生不同于二元体系的薄膜演变。阳仁强研究员、李永海副研究员等人在其前期工作基础上（Adv. Mater., 2019, 31, 1807832；Adv. Funct. Mater., 2019, 29, 1903596；Chem. Mater., 2019, 29, 6163），将苯基侧链的聚合物（P1）和联苯基侧链的聚合物（P2）分别与LA1（课题组报道）和NCBDT-4Cl（窄带隙）这两种非富勒烯受体进行共混（见图1），探究了聚合物侧链的性质对三元共混薄膜和光伏性能的影响。

图1. 材料结构式、光谱和分子轨道能级

研究结果表明，尽管P1具有相对较弱的结晶性，然而在三元共混膜中给受体分子采用紧密的face-on优势堆积，体系内电荷传输更为高效，且激子的复合程度较低。基于P1的三元OSCs相对于二元器件P1/LA1（9.95%）和P1/NCBDT-4Cl（9.83%）光伏效率均有大幅提升，最优达到13.06%，且器件的填充因子（FF）接近75%。然而对于结晶性更强的聚合物P2，尽管其二元共混膜具有更优势的分子堆积，然而联苯基侧链由于过度的缠结导致三元体系的分子堆积变得无序，难以形成高度有序的电荷传输网络，激子的复合程度较高；基于P2的三元OSCs光伏效率最优值仅为8.97%，FF为61.56%，器件效率和FF值均远远低于P1的三元器件。该研究结果表明聚合物给体材料的侧链性质对调控三元共混薄膜的纳米微结构和光伏效率具有重要影响。

图2. J-V曲线和分子堆积示意图

这一成果近期发表在Advanced Science上，文章的第一作者为江汉大学和中科院青岛能源所的博士生姜焕祥，共同第一作者为李晓明，通讯作者为江汉大学阳仁强研究员和中科院青岛能源所李永海副研究员，以及青岛大学陈为超教授等人。该工作得到国家自然科学基金委、青岛能源所-大连化物所两所融合项目等基金的大力支持。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Significantly Enhanced Molecular Stacking in Ternary Bulk Heterojunctions Enabled by an Appropriate Side Group on Donor Polymer

Huanxiang Jiang,# Xiaoming Li,# Huan Wang, Zhitao Ren, Nan Zheng,* Xunchang Wang, Yonghai Li,* Weichao Chen,* Renqiang Yang*

Adv. Sci., 2020, 7, 1903455, DOI: 10.1002/advs.201903455

导师介绍

阳仁强，江汉大学教授，博士生导师，中科院“百人计划”。2004年博士毕业于华南理工大学，师从曹镛院士；2004-2009年在美国加州大学圣塔芭芭拉分校工作，2009-2019年就职于中科院青岛生物能源与过程研究所。2020年开始就职于江汉大学。

阳仁强研究员的研究领域包括有机光电材料的分子设计和合成，有机高分子太阳能电池器件制备和性能研究，有机多孔吸附材料，新型电荧光生物传感器和生物逻辑门的开发等。近五年来在Energy Environ. Sci., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., Nano Energy 等学术期刊上发表 1 区论文100余篇。

https://www.x-mol.com/university/faculty/65797

李永海，中科院青岛生物能源与过程研究所副研究员，硕士生导师。2005年本科毕业于山东大学，2014年博士毕业于中科院化学研究所有机固体实验室-张德清研究员课题组。同年加入中科院青岛生物能源与过程研究所工作。

李永海博士的研究领域包括面向有机场效应晶体管、有机太阳能电池等领域的有机半导体材料和光电器件的研究，并致力于发现有机分子结构与器件性能之间的内在逻辑关系。近五年来在Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater.等学术期刊上发表论文40余篇。