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调控直接芳基化缩聚P3HT分子量实现高效率非富勒烯有机太阳能电池聚（3-己基噻吩）(P3HT)是一类可宏量制备的经典聚合物半导体材料，具有成本低廉、良好的溶解性等优点，在有机太阳能电池、有机发光二极管、有机热电器件、有机场效应晶体管等功能器件中具有广泛的应用。在基于P3HT的高效率太阳能电池中，所使用的P3HT通常采用传统的GIRM法合成，该方法需制备金属化的单体，且合成路线较长。该研究采原子经济性好、合成简易且成本低的直接芳基化缩聚(DArP)合成一系列P3HT，通过调控P3HT的分子量，研究了P3HT:ZY-4Cl共混体系中的分子间相互作用与性能的内在关系，获得了基于P3HT体系的最高效率(9.6%)。同时该研究证实了DArP是合成高性能有机光伏材料P3HT的理想方案，该研究所建立的构效关系可用于优选出聚噻吩有机光伏电池的最佳聚合物批次。近日，天津大学的叶龙教授、邓云峰副教授、耿延候教授等人在国际知名期刊Journal of Materials Chemistry A上发表题为“Tuning Molar Mass of P3HT via Direct Arylation Polycondensation Yields Optimal Interaction and High Efficiency in Nonfullerene Organic Solar Cells”的研究论文。本文通过直接芳基化缩聚调控合成了不同分子量的P3HT，并分析了P3HT:非富勒烯光伏共混体系中的分子间相互作用-性能关系，实现了基于P3HT有机太阳能电池效率的新纪录。图1. 调控直接芳基化缩聚合成P3HT的分子量，并分析在P3HT:ZY-4Cl共混体系的构效关系。要点一：运用直接芳基化缩聚大幅调节P3HT的分子量作者以Ozawa直接芳基化条件为基础，通过对反应时间的控制，合成了重均分子量从8.9 kg/mol 到 89.1 kg/mol 共5批P3HT，分别称为P-9K, P-22K, P-26K, P-42K, P-89K. 核磁表征显示5批P3HT的立构规整度（RR）均为~90%；DSC测试显示P-26K具有最大的熔融焓，GIXRD表征P3HT薄膜显示P-26K具有最大的π-π强度，说明P-26K具有最强的结晶性。要点二：P3HT:ZY-4Cl共混体系相互作用参数变化规律由于P3HT是半晶型聚合物，作者以DSC熔点降低法测试了P3HT与ZY-4Cl之间的相互作用参数，发现随着P3HT的分子量升高，P3HT与ZY-4Cl间的无定形-无定形相互作用(χaa)逐渐增大,分别为0.77, 1.18, 1.66, 1.96 和2.12，说明给受体间热力学相容性逐渐降低，这可能会导致给受体薄膜中相分离逐渐加剧。此外，作者首次推导出了P3HT:ZY-4Cl给受体间的结晶-无定形相互作用，作者发现该相互作用数值远小于无定形-无定形相互作用，这与P3HT部分结晶的现象是吻合的，同时作者发现较大熔融焓变的P-26K呈现出了最大的结晶-无定形相互作用。要点三：P3HT:ZY-4Cl共混体系的薄膜结构与性能关系作者以目前最高效的P3HT共混体系为模型体系，发现P3HT分子量对P3HT:ZY-4Cl共混体系OPV器件性能影响十分显著，能量转换效率(PCE)分别为4.66%, 7.42%, 9.60%, 7.20% 和5.27%。为了明确这种性能差异的本质原因，作者进行了SCLC迁移率测试，光强依赖J-V测试及薄膜形貌分析(AFM, TEM, GIXRD)。作者发现5个共混体系中，P-26K共混体系具有最平衡的空穴/电子迁移率(1.31); 单分子复合相比于其他四个体系显著降低; 最佳的π-π堆积有序性以及最小的相区尺寸，这可以揭示为何P-26K:ZY-4Cl共混体系的性能最优，同时这也是基于P3HT:ZY-4Cl共混体系的效率最高值，证明了直接芳基化P3HT的光伏潜力。总的来说，作者的热力学分析表明，无定形-无定形相互作用参数受到P3HT的分子量的影响显著，其变化可达2.75倍。通过GIXRD分析发现其具有最佳的π-π堆积有序性以及最小的相区尺寸，因此，具有中等分子量 (25.5 kg/mol)的共混物批次在五个体系中提供了最高的短路电流密度、填充因子和能量转换效率，最高效率可达9.6%。该研究证实，DArP法是合成高效非富勒烯聚合物太阳能电池的P3HT的理想方法，本研究所建立的关系可用于优选基于P3HT的有机光伏电池的最佳聚合物批次。Tuning Molar Mass of P3HT via Direct Arylation Polycondensation Yields Optimal Interaction and High Efficiency in Nonfullerene Organic Solar Cellshttps://pubs./en/content/articlelanding/2021/ta/d1ta02253a#!divAbstract天津大学英才副教授（特聘研究员），2015 年在中国科学院长春应用化学研究所取得博士学位（导师：耿延候研究员） 。2015-2017 年先后在加拿大滑铁卢大学和以色列理工学院从事博士后研究， 2017 年 6 月入选北洋学者英才计划， 进入天津大学材料学院先进高分子研究所工作。主要从事共轭聚合物的设计、合成及其光电性能研究。迄今已申请和授权发明专利各 3 项， PCT专利 1 项， 中国发明专利 1 项， 已在 Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Energy Environ. Sci., Macromolecules 等知名期刊发表学术论文 30 余篇。天津大学讲席教授。1991年毕业于上海交通大学应用化学系，1996年于中国科学院长春应用化学研究所获得博士学位。1998-2003先后在香港科技大学、德国马普高分子研究所和美国罗彻斯特大学从事访问研究。中国科学院“百人计划”（2003）、“国家杰出青年基金”（2005）和国务院政府特殊津贴（2011）获得者，2014年入选科技部“中青年科技创新领军人才”，2016年入选国家“万人计划”科技创新领军人才。2003-2015年期间任中国科学院长春应用化学研究所研究员，现任天津大学材料学院教授、博士生导师。已发表学术论文200余篇，申请和获授权发明专利20余项，获国家自然科学二等奖和吉林省科技进步一等奖各1项。主要研究方向：（1）有机/高分子半导体材料及其应用；（2）新型芳香稠环化合物及其共轭聚合物；（3）共轭聚合物的合成方法。天津大学英才教授。2015年在中科院化学所取得理学博士学位（导师：侯剑辉研究员），2015-2019年在美国北卡罗来纳州立大学先后做博士后和研究助理教授。在有机/高分子光电功能材料的凝聚态结构表征与调控、高性能器件制备等方面取得了系列成果。迄今已发表SCI论文100余篇，引用次数超过12000，H-因子52。作为第一作者/通讯作者在Nat. Mater., Joule, Adv. Mater., Mater. Today, Acc. Chem. Res., Angew. Chem. Int. Ed.等期刊发表论文50余篇，在英文专著中撰写了3篇章节，获授权中国发明专利2项。先后入选全球高被引科学家（2019和2020年）、国家级青年人才计划（2020年）。担任《InfoMat》青年编委。刘洋，2015年本科毕业于吉林大学材料化学专业；2018年研究生毕业于东北师范大学，主要研究铜催化的有机合成方法学；目前在天津大学材料科学与工程学院耿延候教授和叶龙教授联合指导下攻读博士学位，主要从事聚噻吩材料的直接芳基化合成及其在OPV中的应用研究。已发表论文：J. Org. Chem. 2017, 82, 2269. J. Mater. Chem. A, 2021, DOI: 10.1039/D1TA02253A.可拉伸有机/高分子光电功能材料与器件，包括太阳能电池、薄膜晶体管、光电探测器等。(1) 天津大学-新加坡国立大学福州联合学院 年薪：30万 (税前);有意者请将应聘材料（中英文简历各一份；学术成果目录）发送至联系人叶龙（yelong@tju.edu.cn），标题请注明“博士后应聘+姓名”经初审合格者，将通知参加面试，确定最终人选。
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