青岛大学薄志山团队AM突破：苯并三噻吩基宽禁带聚合物给体，光伏效率斩获20.4%

 在有机太阳能电池（OSCs）的高性能发展进程中，宽禁带聚合物给体材料的匮乏，长期以来都是限制器件光电转换效率进一步攀升的关键瓶颈。针对这一行业痛点，青岛大学国家杰青、长江学者薄志山教授团队另辟蹊径，在苯并[1,2-b:3,4-b′:6,5-b′′]三噻吩（BTT）核心单元中创新性引入氯原子与酯基，成功设计并合成了新型电子接受单元BCE。

 该团队以BDTT作为给体单元，烷基取代噻吩为桥连结构，构建了一系列D-A型交替共轭聚合物。通过对BDTT单元的侧链长度与氟原子取代含量进行系统优化，最终筛选出性能最优的聚合物给体PBCE-2。这款新型聚合物不仅具备出色的溶液加工特性，还拥有与受体材料高度匹配的能级结构，更展现出独特的温度依赖性聚集行为，为器件性能提升奠定了坚实基础。

基于PBCE-2与受体材料L8-BO构建的二元有机太阳能电池，实现了19.2%的高光电转换效率（PCE）；在此基础上，团队进一步引入富勒烯受体PC₇₁BM构建三元器件，光电转换效率成功突破至20.4%。这一成果标志着PBCE-2成为继PM6、D18等明星材料之后，又一款跻身“20%效率俱乐部”的高性能聚合物给体。相关研究以“Customized Molecular Design of a Novel Wide‐Bandgap Polymer Donor Based on Benzo[1,2‐b:3,4‐b’:6,5‐b′′]Trithiophene Unit with Over 20% Solar Cell Efficiency”为题，发表于材料领域顶级期刊《Advanced Materials》。

 核心技术亮点

 1. 精准分子设计：BCE单元中氯原子与酯基形成协同作用，不仅实现了分子静电势分布的反转，还将偶极矩提升至1.35 D；同时使HOMO/LUMO能级分别降至-6.06 eV和-2.10 eV，性能表现接近明星电子接受单元DTBT的水平。

2. 温度响应型聚集特性：PBCE-2在低温成膜过程中会形成强聚集态，而在高温溶液加工时则发生解聚，这种特性有助于调控器件形成理想的相分离形貌，为高效电荷传输提供了保障。

3. 三元共聚调控策略：通过引入非氟化BDTT单元对聚合物能级进行精准调控，使PBCE-2的HOMO能级（-5.53 eV）与L8-BO实现高度匹配，最终实现99.04%的激子解离效率和80.44%的电荷收集效率。

 重要研究意义

 - 效率突破新高：PBCE-2与L8-BO组成的二元体系效率达到19.2%，三元体系更是突破20.4%，创下新型聚合物给体材料的效率纪录。

- 优化膜态形貌：PBCE-2分子呈现面朝上的堆叠方式（π-π堆积距离为3.77 Å），形成纤维状互穿网络结构，有效提升电荷传输效率并抑制电荷复合。

- 策略普适性强：BCE新型电子接受单元的设计理念与三元共聚调控策略，为开发性能可调、高性能的聚合物给体材料提供了全新思路与通用平台。

理论计算结果显示，与母体BTT单元相比，引入氯原子和酯基后的BCE单元，在偶极矩、HOMO及LUMO能级等关键性能上均有显著优化，充分验证了其作为高性能聚合物给体电子接受单元的应用潜力。合成路线与光谱分析表明，侧链工程与三元共聚策略可有效调控聚合物的溶解性、聚集行为及能级结构，进而优化其光物理特性。而光伏性能测试数据（包括电流密度-电压曲线、外量子效率谱等）则证实，PBCE-2基器件凭借最优的激子解离效率、平衡的电荷传输能力和最低的电荷复合概率，展现出卓越的综合光电转换性能。

Zhu, X., Gu, C., Liu, S., Lu, H., Wei, Y., Wan, J., Shang, B., Zheng, X., Bo, Z., Liu, Y., Customized Molecular Design of a Novel Wide‐Bandgap Polymer Donor Based on Benzo[1,2‐b:3,4‐b′:6,5‐b′′]Trithiophene Unit with Over 20% Solar Cell Efficiency. Adv. Mater. 2025, e16146.https://doi.org/10.1002/adma.202516146.

（信息来源：光电功能材料与器件）