噻吩并[3,4-b]噻吩（TT）單元因其具有醌氏共振結(jié)構(gòu)，使分子具有較好的平面，從而增強分子間的相互作用。同時基于TT單元的聚合物可以拓寬分子的吸收光譜，使吸收光譜向長波長范圍延伸。含有TT單元的代表性的聚合物給體PTB7在富勒烯時代獲得了7.4%的世界紀(jì)錄效率。隨后，具有二維側(cè)鏈結(jié)構(gòu)的PTB7-Th與ITIC共混，將聚合物太陽能電池的效率提高到6.8%，使非富勒烯聚合物太陽能電池取得了突破性進展。衡量太陽能電池性能的關(guān)鍵指標(biāo)是其能量轉(zhuǎn)化效率，因此通過設(shè)計合成新的聚合物來提高電池的轉(zhuǎn)化效率成為研究的關(guān)鍵。近日，該作者通過Friedel-Crafts酰基化反應(yīng)，在TT的基礎(chǔ)上嵌入了1,4-環(huán)己二酮制備了高缺電稠環(huán)中心核TTDO。然后通過Stille偶聯(lián)和溴化合成了新的受體單元TO，進一步制備了新的聚合物給體PBTT-F。與TT單元的合成相比，TTDO的合成不僅簡單，而且產(chǎn)率高；此外，TTDO在繼承了TT單元的醌氏共振的基礎(chǔ)上，又進一步提高了吸電子能力，有利于增強D-A型聚合物分子內(nèi)的電荷轉(zhuǎn)移。他們通過密度泛函理論（DFT）在B3LYP/6–31G*(d,p)基組水平上對設(shè)計合成的TTDO和聚合物PBTT-F進行了分子模擬。計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與BDTO相比，TTDO的吸收光譜發(fā)生了明顯紅移。實際測得的吸收光譜與理論計算所得的結(jié)果類似。從單晶結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在垂直投射的視角下，TTDO可以明顯觀察到部分的重疊，而在BDTO分子上，幾乎沒有任何重疊。從側(cè)面觀察，TTDO的偏離角為47°，比BDTO的要大；其次，TTDO分子間的距離比BDTO的小，這些結(jié)果表明TTDO分子間的相互作用強于BDTO，很好地解釋了TTDO光譜紅移的原因。

選取與PBTT-F吸收互補能級匹配的受體材料Y6共混制備了單節(jié)反向器件，可獲得16.1%的器件效率。值得注意的是PBTT-F:Y6共混膜厚度增加至190 nm時，器件仍能保持高于14%的效率，這對聚合物太陽能電池的大面積制備具有重要意義。其次，器件也呈現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，在700小時后依然測得14.8%的效率。TEM圖顯示PBTT-F:Y6混合膜具有明顯的相分離區(qū)域，每一個區(qū)域之間有二維連續(xù)的纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相互連接。在每一個區(qū)域中又有明顯的相分離和納米纖維結(jié)構(gòu)，這將有助于激子的分離和載流子的傳輸，有利于提高電流密度和填充因子。該研究還針對PBTT-F在不同界面和受體材料的器件性能進行了仔細(xì)研究，結(jié)果證明PBTT-F對不同的受體材料和界面都具有很好的普適性。

該工作表明苯并[1,2-b:4,5-c']二噻吩-4,8-二酮類聚合物是一類非常有潛力的聚合物給體材料，為目前眾多的受體材料提供了一種新的給體選擇，同時也為聚合物給體的設(shè)計提供了新的思路與借鑒。相關(guān)論文以“Benzo[1,2-b:4,5-c']dithiophene-4,8-dione-based Polymer Donor Achieving an Efficiency over 16%”為題在材料領(lǐng)域**期刊Advanced Materials（DOI:10.1002/adma.201907059）上在線發(fā)表