河南大學未來技術學院報道光電效率超18%的呋喃類高分子有機光伏器件！

有機太陽能電池（OSCs）作為新一代可再生能源技術，因其具有重量輕、原料來源廣泛、可通過卷筒工藝制備大面積器件等特點而備受關注。經過近數十年的器件工藝革新和有機光電功能性材料研發，OSCs單節器件和疊層器件的光電轉化效率已分別超過19%和20%，展現出較大的應用前景。

然而，目前高性能OSCs光敏材料大多基于噻吩模塊單元構筑，而噻吩及其衍生物主要來源于石油提煉，儲量有限（圖1）。雖然，我國已經具備工業化制備噻吩及其衍生物的能力，然而其工業制備仍然較為苛刻（需要昂貴的催化劑、高耗能、高污染）。相較于噻吩衍生物，作為同族的呋喃衍生物（糠醇、糠醛、糠酸等，圖1）可以廣泛地來源于秸稈、玉米芯、蔬菜根等農作物附屬品，因而呋喃類光電材料研發在其大規模應用方面具有較高的成本競爭力。然而，基于呋喃類光電材料的OSCs效率卻較大程度地滯后與基于噻吩類光電材料的OSCs效率。

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圖1. OSCs中呋喃類光電材料與噻吩類光電材料的示意圖

鑒于上述現狀，河南大學未來技術學院研究員高躍岳等人通過分子π橋失稱策略設計合成了三種呋喃類高分子光電材料（圖2）。他們發現目標不對稱呋喃基高分子PBDF-TF-BTz不僅較其對稱型呋喃類高分子表現出較高的相對介電常數，而且也展現出更有利的分子排布行為和與非富勒烯受體材料Y6較為合適的相容性（圖3）。經過系列器件性能優化，目標器件最終獲得18.10%的光電轉化效率，屬于基于呋喃類高分子OSCs效率的較好水平（圖4）。該工作為呋喃類高分子的設計合成提供了一定的指導和理論基礎。

圖2. 本工作中目標呋喃類高分子分子結構

圖3. 本工作中OSCs光敏層形貌

圖4. 本工作中OSCs器件性能

上述工作以"Asymmetric π-bridge engineering enables high-permittivitybenzo[1,2-b:4,5-b′]difuran-conjugated polymer for efficient organic solar cells"為題發表在期刊Advanced Materials，論文鏈接為https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202306373。

河南大學未來技術學院高躍岳研究員為論文第一作者，河南大學高未來技術學院譚付瑞教授、國家納米科學中心丁黎明研究員、河南師范大學秦朝朝副教授為該論文共同通訊作者。此外，該工作同時受到國家納米科學中心肖作教授的支持。研究工作受到了國家自然科學基金、國家博士后科學基金、河南大學青年交叉基金等項目支持。

延伸閱讀

高躍岳，河南大學未來技術學院研究員，博士生導師/碩士生導師，畢業于哈爾濱工業大學，師從張勇研究員/楊玉林教授，主要研究方向為呋喃類高分子光電材料合成。目前以第一或通訊作者在Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Nano Energy等期刊發表論文近30篇；授權國家發明專利8項；主持國家自然科學基金、國家博士后面上基金、河南省自然科學基金等項目6項。

本文由作者供稿。