近年来，三元太阳能电池作为一种可以有效拓宽二元有机太阳能电池光谱响应的策略，获得了十分广泛的关注。得益于聚合物给体材料及非富勒烯小分子受体的蓬勃发展，三元太阳能电池的效率突飞猛进。但是，在活性层中加入附加组分会导致薄膜形貌变得更加复杂，所以大部分的实验都是基于试错法。在三元体系中得到理想的微观形貌对于保证高效的电荷传输是十分重要的，因此，找到化学结构与微观形貌之间的构效关系就具备着重要意义，可以加深我们对三元薄膜中形貌的理解并对制备高效率三元太阳能电池具有指导意义。

在有机太阳能电池中，给体聚合物上的侧链可以有效地调控薄膜的形貌。苯基侧链和联苯基侧链在二元电池中都表现出了优良的性能，其中联苯基侧链具有更强的分子间相互作用，使得其结晶性更为出色，在一些二元体系中的效果甚至要好于苯基侧链。那么在三元体系中情况还是一样的吗？近日，阳仁强研究组将含有苯基侧链的聚合物(P1)和联苯基侧链的聚合物(P2)分别与LA1与NCBDT-4Cl这两种非富勒烯受体进行共混，分别制备了三元太阳能电池，进而探究了聚合物上的二维侧链在三元体系中对材料形貌的影响。研究发现聚合物上的二维侧链对三元体系中的材料堆积影响巨大，苯基侧链可以有效增强体系的结晶性，保证了高效的电荷传输，而联苯基侧链则可能由于过度的缠结导致三元体系的结晶性大幅度下降，导致了较低的器件效率。

P1和P2具有相近的能级与吸收光谱，并且与LA1，NCBDT-4Cl的吸收光谱形成互补。P1三元器件的光电转化效率超过了13%，相比于二元电池器件有了大幅度提升；相反地，P2三元器件的光电转化效率只有8.97%，甚至比二元器件的效率还低。

通过对薄膜形貌进行表征，发现在两个三元体系中材料共混都非常均匀，没有大的相分离，然而结晶性差别很大。在P1三元体系中，材料的堆积更加有序，结晶性相比于二元器件有了大幅度的提升，并且在薄膜中材料呈现出来明显的face-on取向，更有利于垂直方向的电荷传输。而在P2三元体系中材料堆积较为无序，使其难以形成高效的电荷传输网络。该成果证明了聚合物侧链的微小变化可以导致体系中形貌的巨大差异，对制备高效率三元太阳能电池具有指导意义。

这一成果近期发表在Advanced Science上,第一作者为姜焕祥，共同第一作者为李晓明，通讯作者为阳仁强研究员。

Significantly Enhanced Molecular Stacking in Ternary Bulk Heterojunctions Enabled by an Appropriate Side Group on Donor Polymer

Huanxiang Jiang, Xiaoming Li, Huan Wang, Zhitao Ren, Nan Zheng, Xunchang Wang,Yonghai Li, Weichao Chen, Renqiang Yang

DOI: 10.1002/advs.201903455