太陽能是取之不盡用之不竭的清潔(綠色)能源，近年來隨著世界各國對環境問題的重視，將太陽能轉換成電能的太陽能電池成為各國科學界研究的熱點和產業界開發、推廣的重點。相對于無機太陽能電池，聚合物太陽能電池具有成本低、制作工藝簡單、重量輕、可制備成柔性器件等突出優點，另外共軛聚合物材料種類繁多、可設計性強，通過材料的改性可以有效地提高太陽能電池的性能。因此，這類太陽能電池具有重要發展和應用前景，成為重要的研究方向。

在科技部、國家自然科學基金委、中國科學院和化學所的支持下，中國科學院化學研究所高分子物理與化學國家重點實驗室的科研人員與有機固體科研人員合作，最近在共軛聚合物光伏材料上取得系列進展。

在寬帶隙聚合物太陽能電池給體材料中，一直以來以MEH-PPV, P3HT等寬帶隙材料作為單層或者疊層光伏器件的主要材料。最近，他們設計合成了一種基于并噻唑的寬帶隙D-A共聚物，其能量轉換效率達到5.2%，為帶寬在2.0 eV以上聚合物光電轉化效率目前的文獻報道最高值，研究結果發表在Macromolecules上(Macromolecules, 2011, 44, 4035–4037)，并成為發表當月該期刊下載量前十。他們還首次將吸電子基團砜基引入到PBDTTT共聚物中合成了聚合物PBDTTT-S，該聚合物具有寬的吸收和較低的HOMO能級，以該聚合物為給體、PC₇₀BM為受體的聚合物太陽能電池開路電壓達到0.76 V, 能量轉換效率達到了6.22%（Chem. Commun., 2011, 47, 8904-8906）；同時，使用BDT單元的同分異構體BDP單元構建了新的聚合物光伏材料，開路電壓高達0.8V、效率達到5.2%（Chem. Commun., 2011, 47, 8850-8852）。

最近，他們將PBDTTT類聚合物BDT單元上的烷氧基換成噻吩共軛支鏈、合成了兩維共軛的新型聚合物PBDTTT-C-T(見圖1)，與帶烷氧基取代基的PBDTTT-C相比，PBDTTT-C-T的空穴遷移率顯著提高，吸收光譜有所紅移并且HOMO能級有所下移，這些都有利于光伏性能的提高。以PBDTTT-C-T為給體、PC₇₀BM為受體的聚合物太陽能能量轉換效率達到了7.6%，為目前聚合物給體光伏材料的最高效率之一，引起國內外學術界甚至工業界的關注（Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 50, 9697–9702）。

基于對基于BDT單元高效共軛聚合物光伏材料的系列研究成果，他們還應邀在Polym. Chem.上撰寫綜述文章（Polym. Chem., 2011, 2, 2453-2461）。

圖1 基于噻吩取代BDT二維結構單元的共聚物PBDTTT-C-T的分子結構及其與烷氧基取代聚合物PBDTTT-C的對比

中國科學院高分子物理與化學國家重點實驗室

2011年12月27日