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  聚合物受體材料一直是有機光伏材料設計的重點和難點，發展高性能聚合物受體材料對于有機太陽能電池領域具有重要的基礎科學意義和實用價值。例如，基于聚合物給受體材料的全聚合物太陽能電池（all-PSCs）相對于其它類型的有機光伏電池表現出更為優異的器件穩定性和力學性質，在柔性、可穿戴電子器件領域具有巨大的應用潛力。然而，高性能聚合物受體材料高度缺乏，嚴重阻礙了all-PSCs性能的提升及有機光電領域的發展。

  具有良好離域與平面骨架結構的π共軛梯形芳烴是構建高性能光伏材料的理想模塊，但由于合成的挑戰，大部分梯形芳烴表現出富電子性質。2017年南方科技大學郭旭崗教授團隊研發出一系列酰亞胺功能化的梯形芳烴BTIn（Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 15304）, 在構筑高性能聚合物受體材料表現出極大的潛力(Adv. Mater. 2019, 31, 1807220; Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 1903970; Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 14449; Adv. Mater. 2020, 32, 2004183; Chem 2020, 6, 1310; Adv. Mater. 2021, 33, 2102635; Acc. Chem. Res. 2021, 54, 3804)，但梯形芳烴基聚合物受體結構與光伏性能間的構性關系尚處在初級研究階段。

圖2. 基于PBTIn-(F)T (n=1-4)聚合物重復單元的DFT計算結果。

  最近，南方科技大學郭旭崗教授團隊聯合廣州大學孫會靚教授，在前期工作的基礎上，發展了最多含十二個環的多酰亞胺基聚合物受體（圖1a，PBTI4-T和PBTI4-FT）。通過拉曼光譜、掠入射廣角X射線散射等表征手段，系統地研究了BTIn的π共軛骨架長度和氟化策略對梯形芳烴基聚合物受體前沿分子軌道（FMO）能級、主鏈構型和共混薄膜形貌等的影響。研究發現，酰亞胺官能團數量的逐漸增加不但能夠降低聚合物的FMO能級，增強電子傳輸性能，而且可以減小聚合物的光學帶隙，提升對太陽光的捕獲能力。同時，噻吩給體單元中氟原子的引入使得該系列聚合物受體的吸收發生藍移且LUMO能級進一步降低。此外，構建單元呈現出奇-偶（n=1-4）相關的對稱性質：中心對稱的BTI2和BTI4單元使得聚合物主鏈呈準線性結構，在純膜和共混膜中均表現出高結晶相及強烈聚集；而軸對稱的BTI3單元使其聚合物具有更加彎曲的骨架，有利于聚合物給受體材料最佳共混形貌的形成，促進激子的高效解離和電荷的有效傳遞，從而使得基于PBT3-(F)T聚合物受體的all-PSCs獲得最優的器件性能。而進一步增加或者減小梯形單元的共軛長度，會導致器件性能下降。這些酰亞胺功能化梯形芳烴基聚合物受體材料的構性關系為進一步發展聚合物受體材料提供了重要的設計思路和材料基礎。

  以上相關成果以Backbone Configuration and Electronic Property Tuning of Imide-Functionalized Ladder-Type Heteroarenes-Based Polymer Acceptors for Efficient All-Polymer Solar Cells為題發表在《Advanced Functional Materials》上，該論文的第一作者為南方科技大學博士后劉斌和王英鋒，通訊作者為南方科技大學郭旭崗教授，廣州大學孫會靚教授和西班牙馬拉加大學Rocío Ponce Ortiz教授。韓國高麗大學的Han Young Woo教授和馬拉加大學Rocío Ponce Ortiz教授為本工作提供形貌表征等技術支持。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202200065

  郭旭崗教授課題組網址：http://faculty.sustech.edu.cn/guoxg/