全聚合物太陽能電池具有優異的光、熱、機械穩定性等優勢，引起了學術界和工業界的廣泛關注。然而，相比于大量的新型聚合物受體，給體聚合物的發展比較滯后。尤其是無鹵聚合物，目前以PBDB-T，JD40以及部分三元聚合物為代表的的全聚合物太陽電池最高效率仍然不超過17%。因此開發新型的無鹵聚合物是促進全聚合物太陽能電池發展的關鍵。

圖1. 基于無鹵聚合物的全聚合物太陽能電池的效率散點圖

近日，我校史永強課題組和國家納米科學中心周二軍研究員利用二噻吩并喹喔啉酰亞胺（DTQI）作為吸電子單元，無鹵素取代的BDT作為D單元研發了一種D-π-A型無鹵聚合物給體材料（QQ1），應用于全聚合物太陽能電池，并選用經典無鹵聚合物給體PBDB-T作為參照，來驗證無鹵聚合物構效關系的內在規律。系統的研究表明QQ1具有類鹵化聚合物的深HOMO能級，寬的吸收范圍，高的發光量子產率和更緊密π-π堆積。相較于PBDB-T, QQ1:PY-IT擁有更低的能量損失，有序緊密的分子堆積和理想相分離的微觀形貌。

最終，基于QQ1：PT-IY的二元全聚合物太陽能電池實現了18.81%的能量轉換效率，當引入經典高電壓非富勒烯受體材料F-BTA3作為第三組份時，器件實現了19.20%的能量轉換效率。這些結果為合理設計用于全聚合物太陽能電池的新型非鹵聚合物給體提供了新的思路。

圖2. (a) PBDB-T，QQ1和PY-IT的化學結構；(b) PBDB-T和QQ1的表面靜電勢；(c) PBDB-T，QQ1，和PY-IT的吸收圖譜；(d) 材料的能級圖

太陽能電池器件測試和表征工作得到了國家納米科學中心周二軍研究員的大力支持，該工作得到國家自然科學基金和安徽省高峰學科項目的支持，相關成果以“Dithienoquinoxalineimide-based Polymer Donor Enables All-Polymer Solar Cells Over 19% Efficiency”為題發表在化學頂級期刊Angew. Chem. Int. Ed. （https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202319755）。我校史永強教授和國家納米科學中心周二軍研究員為論文共同通訊作者，我校為論文第一完成單位。