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  目前BDT基PSC聚合物分子设计主要集中在BDT的侧链修饰与受体单元的选择优化.

  目前,以BDT单元为中心构筑单元的小分子,其分子模型主要包括如下两类:

  2012年,Peng等^[35]创新得使用不同含基团取代的2,1,3-苯并噻二唑(Benzo-2,1,3-thiadiazole,BT)为受体单元,与烷氧BDT共聚得到三个分别名为PBDBT1,PBDBT2,PBDBT3的聚合物,其中PBDBT3获得了2.19%的器件效率; Ren等^[36]使用己基噻吩取代噻吩作为π桥,将烷氧BDT单元和BT单元连接起来,合成了聚合物PBDT-DTTBT,与相同条件下不含己基噻吩取代的噻吩π桥相比,由于空间位阻效应会显著降低共轭度,导致了较低的HOMO能级; Sheng等^[37]发现悬垂噻吩侧链取代的BDT与吡咯并吡咯二酮(DPP)聚合后,HOMO能级较低(-5.52 eV),V_oc较高(0.99 V); Liu等^[38]将醚链引入BDT单元合成了聚合物P1与P2,二者光学带隙达到2.2 eV,尽管如此,P2还是获得了2%的PCE; Liu等^[39]使用三联噻吩取代BDT作为新型二维共轭给体构筑单元,使用不同受体单元合成了一系列聚合物,发现三联噻吩侧链可能使HOMO能级下降; Liu等^[40]以创新的高共轭度十字形BDT作给体单元,4,7-二噻吩苯并[1, 2, 5]噻二唑(DTBT)、5,6-二氟-4,7-二噻吩苯并[1, 2, 5]噻二唑(DTffBT)作受体单元,发现交互型BDT结构会增加窄带隙聚合物的V_oc; Hu等^[41]以二维共轭的BDT作给体单元,喹喔啉衍生物TQ1、TQ2作受体单元,发现拥有更好平面性的PQ2结构有利于聚合物的π-π堆积和电荷运输; Wang等^[42]分别以苯并噻吩取代BDT合成了聚合物PBDTBzT-DTffBT,与PC₆₁BM共混之后,效率为7.30%; Peng等^[43]研究了烷氧侧链与单F取代的BT做受体单元,与噻吩取代的BDT共聚合成PBDT-OBT和PBDT-FBT,并最终获得5.64%和6.21%的器件效率; Peng等^[44]在异靛两端增加噻吩做π桥,与BDT共聚合成了聚合物PBDTT-ID和PBDTT-FID,后者在正向与反向OSC器件中分别获得的PCE为5.52%和7.04%; Peng等^[45]合成了一系列晶型共聚物PBDTSA-DAPT、PBDTTA-DAPT、PBDTTS-DAPT,在PTB7:PC₇₁BM活性层中加入10%后,PCE分别提高到 8.59%,9.03%和8.91%,在加入 PBDTTA-DAPT的三元器件中再加入IC₇₀BA做受体,发现效率提高到10.20%; 图 3,4和表 2列出了这些聚合物的化学结构与光学性能,这些成果都大大加快了有机太阳能电池的发展.

  表1 代表性高效光伏聚合物器件性能 Table1. Device characteristics of representative efficient photovoltaic polymers

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  Polymer [D]	Acceptor	D/A (m/m)	Voc/V	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  P3HT	PC61BM	1/0.8	0.63	9.5	68	≈5	[30]
  PTB7	PC71BM	1/1.5	0.74	14.5	68.97	7.40	[31]
  PffBT4T-2OD	TPC71BM	1/1.2	0.77	18.8	75	10.8	[32]
  PBDT-TS1	PC71BM	1/1.5	0.80	17.46	67.9	9.48	[33]

  表1 代表性高效光伏聚合物器件性能
  Table1. Device characteristics of representative efficient photovoltaic polymers
  

  图2 代表性高效光伏聚合物化学结构

  Figure 2. Chemical structures of representative efficient photovoltaic polymers

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  PSC中,PCE的提高不仅依赖于界面修饰与器件工程的迅速发展,活性层聚合物的分子设计也是重中之重. 目前,共轭聚合物给体材料是研究最深入的部分. 代表性的高效光伏聚合物化学结构与性能见图 2与表 1. 十年前,Heeger等^[30]将常规合成的P3HT作为给体单元,PC₆₁BM作受体合成了体异质结有机太阳能电池. 由于P3HT存在光学带隙较宽(≈1.9 eV)、电荷传输性能较差等问题,获得的PCE为4%～5%; Yu等^[31]报道了一种名为PTB7的共聚物,由于较窄(1.6 eV)的带隙使PCE达到7.4%; Yan等^[32]报道了基于PffBT4T-2OD的厚膜(250～300 nm) PSC,PCE达到10.8%,并发现2位取代的烷基链会使聚合物空间位阻效应适度,PCE最高; Hou等^[33]以烷硫噻吩取代苯并二噻吩合成了名为PBDT-TS1的聚合物,PCE达到9.48%,通过器件优化后,PCE极有可能超过10%.

  其中,R¹可以是烷氧、烷硫链,也可以是共轭的含噻吩、苯酚、硒酚等的侧链; R²是封端集团,如氰基乙酸辛酯、罗丹宁等; Acceptor是受体单元,如吡咯并吡咯二酮(DPP)、二噻吩苯并噻二唑(DTBT)、噻吩并吡咯二酮(TPD)等.

  

  图1 单层PSC器件结构

  Figure 1. Device structure of single layer organic solar cells

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  PSC器件包括单层与多层两种结构,单层PSC类似“三明治”结构,又分为正向PSC器件和反向PSC器件,如图 1. 经典的有机太阳能电池结构是正向PSC器件,导电氧化铟锡(ITO)玻璃功函数高(4.7 eV)为阳极; 聚3,4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT-PSS)为阳极缓冲层,低功函的金属材料为阴极. 反向PSC器件中,使用金属氧化物(如Cs₂CO₃^[9～11],ZnO^[12～15],TiO₂^[16～21])修饰的ITO作阴极,过渡金属氧化物(如V₂O₅^{[9, 20, 22]},MoO₃^{[13, 18, 21]},WO₃^[19])修饰的金属作阳极. 有研究人员发现在器件阴极表面插入一层阴极缓冲层会有效提高器件效率和稳定性. 目前的阴极缓冲层主要包括无机物缓冲层和有机物阴极缓冲层. Tan等^[23]报道了用于正向PSC器件的CeO阴极缓冲层,其应用于PSC后表现出较强的光捕获能力,器件效率也大大提高; Zhao等^[24]使用了Ba(OH)₂作为阴极缓冲层,由于Ba(OH)₂的高透明度和优良的成膜性能,使其应用于正向与反向PSC后器件性能大大提高,PCE将近10%; Zhao等^[25]报道了超薄(1.3 nm)聚苯胺基缓冲层用于PBDTTT-EFT基正向PSC,发现PCE接近9%; Zhang和Li等^{[26, 27]}报道了富勒烯与非富勒烯小分子阴极缓冲层,用于正向PSC后器件性能获得大幅提升; Ge等^[28]报道了可用于双向PSC器件的非共轭小分子电解质阴极缓冲层,将其用于PTB7: PC₇₁BM器件获得了将近10%的PCE; Zhao等^[29]通过两步合成制备出水溶型萘四羧酸酰亚胺(NDIO),并用于PBDT-TS1/PC₇₁BM基反向PSC器件,最终获得9.51%的器件效率.

  鉴于BDT单元在聚合物太阳能电池上取得巨大进步,人们开始尝试把它作为分子核心来构建可溶液加工的有机小分子,并探讨它们在有机太阳能电池上的应用.

  

  图3 一些共轭聚合物化学结构

  Figure 3. Some chemical structures of conjugated polymers

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  PSC因其轻质、柔性、可实现大面积加工等优点而获得广泛关注^[1～8]. 高效的聚合物太阳能电池材料不仅归功于活性层分子结构的合理设计,界面修饰与器件工程也是影响光电转换效率的重要组成部分.

  表2 共轭聚合物器件性能 Table2. Device performances of conjugated polymers

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  Polymer [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Eg/eV	Voc/V	Eg-eVoc/eV	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  PBDBT1a	PC71BM	1:1	1.67	0.71	0.96	5.51	35.00	1.38	[35]
  PBDBT2a	PC71BM	1:1	1.71	0.84	0.87	3.98	38.00	1.26	[35]
  PBDBT3a	PC71BM	1:1	1.66	0.66	1.00	6.61	50.00	2.17	[35]
  PBDT-DTTBTa	PC71BM	1:1	1.73	0.80	0.93	12.56	60.38	6.19	[36]
  PS1a	PC61BM	1:1	1.79	0.93	0.86	7.31	60.60	4.13	[37]
  PS2a	PC61BM	1:1	1.81	0.96	0.85	3.82	55.51	2.03	[37]
  PS3a	PC61BM	1:1	1.78	0.96	0.82	4.52	47.53	2.06	[37]
  PL1a	PCBM	1:1	2.19	0.68	1.51	2.06	50.55	0.71	[38]
  PL2a	PCBM	1:1	2.21	0.68	1.53	4.86	60.46	2.00	[38]
  P3TBDTDTBTa	PC61BM	1:1	/	0.78	/	8.83	52.00	3.57	[39]
  PQ1a	PC61BM	1:3	1.96	1.01	0.95	2.12	50.68	1.08	[40]
  PQ2a	PC71BM	1:1.5	1.97	0.80	1.17	7.68	62.05	3.80	[40]
  PQ3a	PC71BM	1:2	1.29	0.78	0.51	2.67	52.36	1.09	[40]
  PQ4a	PC71BM	1:1	1.73	0.94	0.79	6.17	48.80	2.83	[40]
  PTOBDTTQ1a	PC71BM	1:2	1.68	0.76	0.92	7.49	47.00	2.66	[41]
  PTOBDTTQ2a	PC71BM	1:2	1.59	0.83	0.76	9.40	54.00	4.24	[41]
  PBDTBzT-DTffBTa	PC61BM	1.5:1	1.76	0.90	0.86	12.93	62.73	7.30	[42]
  PBDT-OBTa	PC71BM	1:2	1.67	0.82	0.85	12.53	54.90	5.64	[43]
  PBDT-FBTa	PC71BM	1:2	1.63	0.86	0.77	12.05	59.90	6.21	[43]
  PBDTT-IDa	PC71BM	1:2	1.67	0.88	0.79	8.95	60.00	4.76	[44]
  PBDTT-FIDa	PC71BM	1:2	1.66	0.94	0.72	9.62	61.00	5.52	[44]
  PBDTT-FIDb	PC71BM	1:2	1.66	0.92	0.74	11.30	68.00	7.04	[44]
  PBDTSA-DAPTa	PC71BM	1:1.5	1.74	0.91	0.83	3.25	37.00	1.12	[45]
  PBDTTTA-DAPTa	PC71BM	1:1.5	1.80	0.89	0.91	4.22	37.40	1.40	[45]
  PBDTTS-DAPTa	PC71BM	1:1.5	1.77	0.88	0.89	4.24	39.60	1.47	[45]
  PTB7:10% PBDTSA-DAPTa	PC71BM	1:1.5	—	0.75	—	16.67	68.70	8.59	[45]
  PTB7:10% PBDTTTA-DAPTa	PC71BM	1:1.5	—	0.74	—	17.33	70.90	9.03	[45]
  PTB7:10% PBDTTS-DAPTa	PC71BM	1:1.5	—	0.75	—	16.85	70.50	8.91	[45]
  PTB7:10% PBDTTTA-DAPTa	PC71BM: 5% IC70BA	1:1.5	—	0.75	—	17.99	76.00	10.20	[45]
  aConventional device; b Inverted device.

  表2 共轭聚合物器件性能
  Table2. Device performances of conjugated polymers
  

  图4 一些共轭聚合物化学结构

  Figure 4. Some chemical structures of conjugated polymers

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  随着能源紧缺日益严重,太阳能电池因其来源丰富、安全无污染、成本低廉等优点倍受青睐. 有机太阳能电池因其成本低、重量轻和容易实现大面积柔性器件制备等优点成为一种可再生新能源,并越来越受到人们的关注. 有机太阳能电池依据活性层中给体材料的不同又可分为聚合物太阳能电池(polymer solar cells,PSC)和小分子有机太阳能电池(small molecule organic solar cells,SM-OSC).

  与聚合物有机光电器件(POPV)相比,小分子有机光电器件(SM-OPV)有许多重要优势: (1)分子结构统一,差异性更少^[46]; (2)一般具有更高的开路电压(V_oc)^[47]; (3)空穴迁移率一般高于相应的聚合物材料^[48]; (4)可以通过控制分子的化学结构调整能级^[49].

  下面将从这两种分子模型入手,分别展开讨论.

  PSC聚合物中的给体单元种类繁多,主要包括噻吩、二噻吩并[2,3-b:4',5'-d]噻咯(DTS)、苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩基(BDT)、咔唑、芴等^[34]. 与其他给体构筑单元相比,BDT单元具有大的刚性平面共轭结构,提高了π电子的离域能力和分子间的π-π相互作用,且BDT单元容易进行化学修饰,方便合成,且BDT光伏材料光电效率很高,成为目前有机太阳能电池给体材料研究中的一个“明星分子”单元,在有机太阳能电池方面表现出巨大潜力.

  1    BDT＋n-Thiophene＋Terminal Group

  1.1    一维侧链修饰的BDT＋n-Thiophene＋Terminal Group

  一维侧链即烷氧、烷硫等不含共轭基团的侧链. 以下通过特定的分子对比,简要讨论不同修饰单元对OSC性能的影响.

  1.2    二维侧链修饰的“BDT＋n-Thiophene＋terminal group”

  1.1.3    封端基团的影响

  

  图7 DCAO3TBDT和DR3TBDT化学结构

  Figure 7. Chemical structures of DCAO3TBDT and DR3TBDT

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  表5 DCAO3TBDT和DR3TBDT器件性能 Table5. Device performances of DCAO3TBDT and DR3TBDT

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  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Eg/eV	Voc/V	Eg-eVoc/eV	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  DCAO3TBDT	PC61BM	1:0.5	1.84	0.95	0.89	8.00	60	4.56	[58]
  DR3TBDT	PC71BM	1:0.8	1.74	0.93	0.81	12.21	65	7.38	[58]

  表5 DCAO3TBDT和DR3TBDT器件性能
  Table5. Device performances of DCAO3TBDT and DR3TBDT

  2012年,Chen课题组^[58]分别将氰基乙酸辛酯和3-乙基罗丹宁连接在一维BDT两端,合成了名为DCAO-3TBDT和DR3TBDT的A-D-A型小分子.

  与氰基乙酸辛酯作为封端基团的DCAO3TBDT相比,3-乙基罗丹宁的引入使DR3TBDT吸光能力大大加强,使其获得了较高的J_sc,PCE达到7.38%. DCAO3- TBDT、DR3TBDT的化学结构与器件性能见图 7与表 5.

  1.1.2    侧链原子的影响

  与氧原子相比,硫原子具有较弱的给电子能力. 烷硫侧链一直被应用于有机半导体中,它表现出一些独特的光电特性和更有序的分子排列^[52～55]. 且较之于烷氧取代的BDT小分子,烷硫取代的BDT小分子表现出更加优秀的光电性能^{[56, 57]}. Chen课题组合成了名为DR3TBDT的小分子^[58],并在其他部分不变的情况下,用烷硫侧链取代烷氧侧链合成了名为DR3TSBDT的小分子^[1]. 从图 6和表 4可以看出,与DR3TBDT相比,DR3TSBDT的J_sc、FF有了明显提高,通过热处理和溶剂蒸发退火处理,最高效率达到9.95%. 由于薄膜吸收大大增强和器件形貌分布均衡,使得效率大大提升.

  表4 DR3TBDT和DR3TSBDT器件性能 Table4. Device performances of DR3TBDT and DR3TSBDT

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  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Voc/V	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  DR3TBDT	PC71BM	—	0.93	12.21	65	7.38	[58]
  DR3TSBDT	PC71BM	1:0.8	0.92	14.61	74	9.95	[1]

  表4 DR3TBDT和DR3TSBDT器件性能
  Table4. Device performances of DR3TBDT and DR3TSBDT
  

  图6 DR3TBDT和DR3TSBDT化学结构

  Figure 6. Chemical structures of DR3TBDT and DR3TSBDT

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  1.1.4    主链上噻吩数量的影响

  表7 DO1和DO2器件性能 Table7. Device performances of DO1 and DO2

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  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Eg/eV	Voc/V	Eg-eVoc/eV	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  DO1	PC70BM	1.5:1	1.59	0.91	0.68	9.47	47.2	4.15	[60]
  DO2	PC70BM	1.5:1	1.60	0.92	0.68	8.58	64.8	5.11	[60]

  表7 DO1和DO2器件性能
  Table7. Device performances of DO1 and DO2
  

  图8 DCAO3TBDT和DCAO5TBDT化学结构

  Figure 8. Chemical structures of DCAO3TBDT and DCAO5TBDT

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  图9 DO1和DO2化学结构

  Figure 9. Chemical structures of DO1 and DO2

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  DCAO3TBDT^[58]、DCAO5TBDT^[59]的化学结构及器件性能见图 8与表 6. DCAO5TBDT是在DR3TBDT的骨架上加入了两个噻吩共轭单元,共轭长度的增加使V_oc明显降低(0.79 V),FF明显上升. 这说明增加PCE的关键就是保证V_oc和FF较大的情况下增大J_sc.

  Li等^[60]以一维BDT为中心构筑单元,1,3-茚二酮为受体封端基团,中间用噻吩π桥连接获得了名为DO1和DO2的小分子,其化学结构与器件性能见图 9与表 7. 这两个小分子都溶于常见有机溶剂,吸收波长在450～740 nm,HOMO能级在-5.16～-5.19 eV. 与含一个噻吩的DO1相比,联噻吩做π桥的DO2表现出了更好的光电性能.

  表6 DCAO3TBDT和DCAO5TBDT器件性能 Table6. Device performances of DCAO3TBDT and DCAO5TBDT

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  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Eg/eV	Voc/V	Eg-eVoc/eV	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  DCAO3TBDT	PC61BM	1:0.5	1.84	0.93	0.91	8.00	60	4.56	[58]
  DCAO5TBDT	PC61BM	—	1.79	0.79	1.00	9.51	68.3	5.13	[59]

  表6 DCAO3TBDT和DCAO5TBDT器件性能
  Table6. Device performances of DCAO3TBDT and DCAO5TBDT

  1.1.1    BDT核的修饰作用

  

  图5 DCAO7T和DCAO3T(BDT)3T化学结构

  Figure 5. Chemical structures of DCAO7T and DCAO3T(BDT)3T

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  BDT结构单元由于其较大的刚性共轭平面结构,能大大提高电子离域及固相间的π-π连接,有效提高器件电荷传输. Chen课题组基于对DCAO7T^[50]的研究,将中心的噻吩单元替换为富电子的BDT单元,吸电子能力较强的氰基乙酸辛酯作为封端基团,合成了小分子DCAO3T(BDT)3T^[51]. 与DCAO7T相比,可溶液加工小分子DCAO3T(BDT)3T表现出的PCE为5.44%,FF、V_oc也有相应提高. DCAO7T、DCAO3T(BDT)3T化学结构与器件性能见图 5和表 3. 这说明在高效共轭SM-OSC中,BDT单元具有重大潜力.

  表3 DCAO7T和DCAO3T(BDT)3T器件性能 Table3. Device performances of DCAO7T and DCAO3T(BDT)3T

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  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A [m/m]	Voc/V	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  DCAO7T	PC61BM	1:0.5	0.86	10.74	55.0	5.08	[50]
  DCAO3T(BDT)3T	PC61BM	1:0.5	0.93	9.77	59.9	5.44	[51]

  表3 DCAO7T和DCAO3T(BDT)3T器件性能
  Table3. Device performances of DCAO7T and DCAO3T(BDT)3T

  1.2.3    侧链噻吩个数影响

  DR3TBDTT-HD^[61]和DR3TBDT2T^[61]分别在BDT上引入一个噻吩和两个噻吩,二者的化学结构与光电性能如图 12与表 10所示. 说明BDT侧链二维共轭修饰单元的增加使带隙变窄,V_oc从0.96 V下降到0.92 V,J_sc和FF都显著提高,PCE也从6.79%增加到了8.02%,同时导致了吸收光谱的红移.

  表10 DR3TBDTT-HD和DR3TBDT2T器件性能 Table10. Device performances of DR3TBDTT-HD and DR3TBDT2T

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  SM-OSC [D]	Acceptor[A]	D:A (m/m)	Voc/V	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  DR3TBDTT-HD	PC71BM	1:0.8	0.96	11.92	59.4	6.79	[61]
  DR3TBDT2T	PC71BM	1:0.8	0.92	12.09	72.1	8.02	[61]

  表10 DR3TBDTT-HD和DR3TBDT2T器件性能
  Table10. Device performances of DR3TBDTT-HD and DR3TBDT2T
  

  图12 DR3TBDTT-HD和DR3TBDT2T化学结构

  Figure 12. Chemical structures of DR3TBDTT-HD and DR3TBDT2T

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  1.2.1    烷氧侧链与含噻吩侧链的区别

  表8 DR3TBDT和DR3TBDTT器件性能 Table8. Device performances of DR3TBDT and DR3TBDTT

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  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Voc/V	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  DR3TBDT	PC71BM	1:0.8	0.93	12.21	65	7.38	[58]
  DR3TBDTT	PC71BM	1:0.8	0.93	13.17	66.3	8.12	[61]

  表8 DR3TBDT和DR3TBDTT器件性能
  Table8. Device performances of DR3TBDT and DR3TBDTT

  Chen等将DR3TBDT^[58]中心核的一维烷氧链换成了二维共轭的噻吩侧链,合成了名为DR3TBDTT^[61]的小分子,化学结构与器件性能见图 10与表 8. 结果发现,在BDT上引入噻吩会引起吸收光谱红移,J_sc和FF增加,不经处理的情况下V_oc为0.91V,J_sc为13.15 mA/cm²,FF为62.8%,PCE为7.51%,在活性层材料中加入少量的聚二甲硅氧烷(PDMS)改善成膜性后,各性能参数均有显著提高,其中PCE达到8.12%.

  

  图10 DR3TBDT和DR3TBDTT化学结构

  Figure 10. Chemical structures of DR3TBDT and DR3TBDTT

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  1.2.7    侧链噻吩上F原子取代的影响

  2016年,Wang等^[64]将F原子引入BDT侧链噻吩上,合成了小分子DR3TBDTTF,与DR3TBDTT比,F原子的引入降低了HOMO能级,载流子迁移率增加,相应的PCE也从9.18%提高到9.80. DR3TBDTT与DR3TBDTTF的化学结构与器件性能见图 16与表 14.

  表14 DR3TBDTT和DR3TBDTTF的器件性能 Table14. Device performances of DR3TBDTT and DR3TBDTTF

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  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Eg/eV	Voc/V	Eg-eVoc/eV	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  DR3TBDTT	PC71BM	1:1	1.72	0.90	0.82	13.92	73.3	9.18	[64]
  DR3TBDTTF	PC71BM	1:1	1.73	0.93	0.80	14.10	74.7	9.80	[64]

  表14 DR3TBDTT和DR3TBDTTF的器件性能
  Table14. Device performances of DR3TBDTT and DR3TBDTTF
  

  图16 DR3TBDTT和DR3TBDTTF的化学结构

  Figure 16. Chemical structures of DR3TBDTT and DR3TBDTTF

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  1.2.4    主链上噻吩数量的影响

  表11 D1和D2器件性能 Table11. Device performances of D1 and D2

  表选项

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  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Voc/V	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  D1	PC71BM	1.5:1	1.03	10.07	54.7	5.67	[60]
  D2	PC71BM	1.5:1	0.92	11.05	66.4	6.75	[60]

  表11 D1和D2器件性能
  Table11. Device performances of D1 and D2

  Li等^[60]以二维BDT为中心构筑单元,1,3-茚二酮为封端基团,中间用噻吩π桥连接获得了名为D1和D2的小分子. 这两个小分子都溶于常见有机溶剂,吸收波长在450～740 nm,HOMO能级在-5.16～-5.19 eV. 与含一个噻吩π桥的D1相比,联噻吩做π桥的D2表现出了更好的光电性能,空穴迁移率更高,吸光性能也更好(图 13与表 11).

  

  图13 D1和D2化学结构

  Figure 13. Chemical structures of D1 and D2

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  1.2.5    主链噻吩上甲基取代的影响

  2014年,韩国的Park组^[62]以BDT为中心构筑单元、联噻吩为桥、氰基乙酸辛酯为封端集团合成了三个名为BDT(TTCAO)₂、BDT(TMTCAO)₂、BDT(TTM- CAO)₂的D-A-D型平面小分子,其化学结构与器件性能如图 14与表 12. 这三种小分子分别与PCBM共混制备得到体异质结有机太阳能电池,BDT(TTCAO)₂/PCBM器件表现出PCE为1.31%,V_oc达到1.08 V,J_sc为2.57 mA/cm²,FF为47.26%. BDT(TMTCAO)₂/PCBM器件表现出的PCE为3.66%,V_oc 1.08 V,J_sc上升为6.26 mA/cm²,FF达到54.0%. 而基于BDT (TTMCAO)₂ /PCBM的器件由于晶界的扩张,表面粗糙度不断增加到几百纳米,无法形成有效的体异质结有机太阳能电池.

  表12 BDT(TTCAO)₂、BDT(TMTCAO)₂和BDT(TTMCAO)₂器件性能 Table12. Device performances of BDT(TTCAO)₂,BDT(TMTCAO)₂ and BDT(TTMCAO)₂

  表选项

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  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Eg/eV	Voc/V	Eg-eVoc/eV	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  BDT(TTCAO)2	PCBM	1:0.7	1.89	1.08	0.81	2.57	47.3	1.31	[62]
  BDT(TMTCAO)2	PCBM	1:0.5	1.87	1.08	0.79	6.26	54.0	3.66	[62]
  BDT(TTMCAO)2	—	—	1.84	—	—	—	—	—	[62]

  表12 BDT(TTCAO)₂、BDT(TMTCAO)₂和BDT(TTMCAO)₂器件性能
  Table12. Device performances of BDT(TTCAO)₂,BDT(TMTCAO)₂ and BDT(TTMCAO)₂
  

  图14 BDT(TTCAO)₂、BDT(TMTCAO)₂和BDT(TTMCAO)₂化学结构

  Figure 14. Chemical structures of BDT(TTCAO)₂,BDT(TMTCAO)₂ and BDT(TTMCAO)₂

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  1.2.2    侧链噻吩上烷基链长度影响

  

  图11 DR3TBDTT和DR3TBDTT-HD化学结构

  Figure 11. Chemical structures of DR3TBDTT and DR3TBDTT-HD

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  表9 DR3TBDTT和DR3TBDTT-HD器件性能 Table9. Device performances of DR3TBDTT and DR3TBDTT-HD

  表选项

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  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Voc/V	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  DR3TBDTT	PC71BM	1: 0.8	0.93	13.17	66.3	8.12	[61]
  DR3TBDTT-HD	PC71BM	1: 0.8	0.96	11.92	59.4	6.79	[61]

  表9 DR3TBDTT和DR3TBDTT-HD器件性能
  Table9. Device performances of DR3TBDTT and DR3TBDTT-HD

  Chen等^[61]以二维BDT为中心构筑单元,3-乙基罗丹宁为封端基团合成的两个小分子DR3TBDTT和DR3TBDTT-HD,除侧链噻吩上的烷基链不同外,其余全部一致,化学结构及器件性能见图 11与表 9. 通过对比发现,DR3TBDTT-HD的J_sc、FF显著下降,PCE也从8.12%降到了6.79%,这可能是因为由于烷基侧链过长引起扭曲,导致分子平面性下降所致.

  1.2.6    封端基团影响

  2014年,韩国Ko等^[63]用三异丙基硅乙炔基取代 BDT (TIPSBDT)作为核心,三联噻吩作桥,以氰基乙酸己酯(DCA)、3-乙基罗丹宁(DR)和3-乙基-2,4-噻唑烷二酮(DT)作为封端基团,构建了三个有机小分子: DCAT₃- TIPSBDT、DRT₃-TIPSBDT和DTT₃TIP-SBDT,化学结构与器件性能如图 15与表 13. 分别以这些小分子作为给体材料,PC₆₁BM 作为受体材料,制备了一系列体异质结有机太阳能电池. 值得一提的是,这些小分子有机太阳能电池器件均保持了相对较高的 V_oc (0.96～1.02 V). 但是由于三异丙基单元体积较大,在一定程度上限制了小分子骨架之间的紧密堆积,不利于载流子的传输和转移,使J_sc的提升受到很大限制. 最终,小分子 DCAT₃-TIPSBDT 与PC₆₁BM共混制备的体异质结太阳能电池获得了最高PCE,为5.84%.

  

  图15 DCAT₃-TIPSBDT、DRT₃-TIPSBDT和DTT₃-TIPSBDT化学结构

  Figure 15. Chemical structure of DCAT₃-TIPSBDT、DRT₃-TIPSBDT and DTT₃-TIPSBDT

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  表13 DCAT₃-TIPSBDT、DRT₃-TIPSBDT和DTT₃-TIPSBDT器件性能 Table13. Device performances of DCAT₃-TIPSBDT,DRT₃-TIPSBDT and DTT₃-TIPSBDT

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  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Eg/eV	Voc/V	Eg-eVoc/eV	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  DCAT3-TIPSBDT	PC61BM	1:1	2.14	0.96	2.18	10.32	59	5.84	[63]
  DRT3-TIPSBDT	PC61BM	1:1	2.09	0.97	1.12	8.67	60	5.03	[63]
  DTT3-TIPSBDT	PC61BM	1:1	2.21	0.97	2.24	8.91	62	5.31	[63]

  表13 DCAT₃-TIPSBDT、DRT₃-TIPSBDT和DTT₃-TIPSBDT器件性能
  Table13. Device performances of DCAT₃-TIPSBDT,DRT₃-TIPSBDT and DTT₃-TIPSBDT

  2    Acceptor＋BDT＋Acceptor

  2.1    一维侧链修饰的“Acceptor＋BDT＋Acceptor”

  2.2    二维侧链修饰的“Acceptor＋BDT＋Acceptor”

  2.1.1    受体的影响

  Yang等以一维BDT为中心构筑单元,吡咯并吡咯二酮(DPP)和苯并噻二唑(DTBT)为受体分别合成了小分子BDT-O-DPP^[65]和DRTBTTBDT^[66],化学结构与器件性能如图 17与表 15. 由于受体的不同,二者光电性能差异显著. 相较于DRTBTTBDT,BDT-O-DPP的开路电压V_oc从0.70 V提高到0.88 V,短路电流J_sc从4.15 mA/cm²提高到9.54 mA/cm²,PCE由1.01达到4.28%.

  

  图17 BDT-O-DPP和DRTBTTBDT的化学结构

  Figure 17. Chemical structures of BDT-O-DPP and DRTBTTBDT

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  表15 BDT-O-DPP和DRTBTTBDT的器件性能 Table15. Device performances of BDT-O-DPP and DRTBTTBDT

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  SM-SCs [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Eg/eV	Voc/V	Eg-eVoc/eV	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  BDT-O-DPP	PC61BM	1:1	1.69	0.88	0.81	9.54	51.15	4.28	[65]
  DRTBTTBDT	PC61BM	3:1	1.81	0.70	1.11	4.15	35	1.01	[66]

  表15 BDT-O-DPP和DRTBTTBDT的器件性能
  Table15. Device performances of BDT-O-DPP and DRTBTTBDT

  2.1.2    封端三苯胺的影响

  三苯胺基团由于优异的给电子能力、电荷传输性和溶解性已经被广泛应用于封端基团^{[68, 69]}. TPA-DPP- BDT^[67]就是在BDT-O-DPP^[65]两端增加三苯胺封端,其化学结构与器件性能如图 18与表 16. V_oc下降明显,光谱红移60 nm,PCE下降. 这说明三苯胺封端基团的引入会使本系列化合物J_sc和FF升高,使V_oc下降,不利于光电转换效率PCE的提升.

  

  图18 BDT-O-DPP和TPA-DPP-BDT的化学结构

  Figure 18. Chemical structures of BDT-O-DPP and TPA-DPP-BDT

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  表16 BDT-O-DPP和TPA-DPP-BDT的器件性能 Table16. Device performances of BDT-O-DPP and TPA-DPP-BDT

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  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Eg/eV	Voc/V	Eg-eVoc/eV	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  BDT-O-DPP	PC61BM	1:1	1.69	0.88	0.81	9.54	51.15	4.28	[65]
  TPA-DPP-BDT	PC61BM	1:1	1.53	0.67	0.86	11.40	53.2	4.04	[67]

  表16 BDT-O-DPP和TPA-DPP-BDT的器件性能
  Table16. Device performances of BDT-O-DPP and TPA-DPP-BDT

  2.2.1    受体的影响

  

  图19 TBDT-TTPD、BDT-2DPP和DRTBTTBDTT的化学结构

  Figure 19. Chemical structures of TBDT-TTPD,BDT-2DPP and DRTBTTBDTT

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  小分子TBDT-TTPD^[70]、BDT-2DPP^[71]、DRTBTT- BDTT^[66]都是以2-乙基己基噻吩修饰的BDT为中心构筑单元,受体分别为噻吩并吡咯二酮(TPD)、吡咯并吡咯二酮(DPP)和二噻吩苯并噻二唑(DTBT),其化学结构与器件性能如图 19与表 17. 通过对比可以发现小分子TBDT-TTPD获得了最高的V_oc,为0.97 eV,BDT-2DPP的J_sc最大,达到11.97 mA/cm²,BDT-2DPP的PCE最高,为5.79%.

  表17 TBDT-TTPD、BDT-2DPP和DRTBTTBDTT的器件性能 Table17. Device performances of TBDT-TTPD、BDT-2DPP and DRTBTTBDTT

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  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Eg/eV	Voc/V	Eg-eVoc/eV	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  TBDT-TTPD	PC61BM	1:1	1.97	0.97	1.00	9.1	52.0	4.62	[70]
  BDT-2DPP	PC61BM	1:1	1.65	0.84	0.81	11.97	57.6	5.79	[71]
  DRTBTTBDTT	PC61BM	1:2	1.80	0.89	0.91	2.07	29	0.54	[66]

  表17 TBDT-TTPD、BDT-2DPP和DRTBTTBDTT的器件性能
  Table17. Device performances of TBDT-TTPD、BDT-2DPP and DRTBTTBDTT

  2.2.2    噻吩π桥影响

  

  图21 BDT-T-DPP和BDT-T-2T-DPP的化学结构

  Figure 21. Chemical structures of BDT-T-DPP and BDT-T-2T-DPP

  图选项

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  2014年,Yao等^[73]以二维BDT为中心构筑单元,吡咯并吡咯二酮(DPP)为受体,合成了名为BDT-T-DPP和BDT-T-2T-DPP的小分子. BDT-T-2T-DPP分子骨架上增加了一个噻吩作π桥. 这两个小分子以非富勒烯小分子苝酰亚胺-噻吩-乙二醇(PDI-T-EG)为受体,制备了活性层. 由于骨架多引入一个噻吩后,平面性和堆积能力变差,小分子BDT-T-DPP和BDT-T-2T-DPP晶粒大小分别为30-50nm和10-30nm. BDT-T-DPP获得较高的PCE是因为相分布适中,有利于电荷传输. 小分子BDT-T- DPP、BDT-T-2T-DPP的化学结构与器件性能见图 21与表 19.

  表18 BDT-2DPP和BDT(TDPP)₂的器件性能 Table18. Device performances of BDT-2DPP and BDT(TDPP)₂

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  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Eg/eV	Voc/V	Eg-eVoc/eV	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  BDT-2DPP	PC61BM	1:1	1.65	0.84	0.81	11.97	57.6	5.79	[71]
  BDT(TDPP)2	PC71BM	1:1	1.67	0.71	0.96	9.85	57	3.90	[72]

  表18 BDT-2DPP和BDT(TDPP)₂的器件性能
  Table18. Device performances of BDT-2DPP and BDT(TDPP)₂

  Zhan等^[72]人以二维BDT为中心构筑单元,吡咯并吡咯二酮(DPP)为受体,BDT(TDPP)₂分子骨架上增加了一个噻吩作π桥. 与小分子BDT-2DPP^[71]相比,BDT(TDPP)₂平面性较差,不利于电荷传输,光电性能不及BDT-2DPP,最终得到PCE仅为3.90%. BDT-2DPP、BDT(TDPP)₂化学结构与器件性能如图 20与表 18.

  表19 BDT-T-DPP、BDT-T-2T-DPP器件性能 Table19. Device performances of BDT-T-DPP and BDT-T-2T-DPP

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  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Eg/eV	Voc/V	Eg-eVoc/eV	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  BDT-T-DPP	bis-PDI-T-EG	1.2:1	1.71	0.92	0.79	4.66	47	2.01	[73]
  BDT-T-2T-DPP	bis-PDI-T-EG	1:1	1.56	0.83	0.73	4.60	43	1.62	[73]

  表19 BDT-T-DPP、BDT-T-2T-DPP器件性能
  Table19. Device performances of BDT-T-DPP and BDT-T-2T-DPP
  

  图20 BDT-2DPP和BDT(TDPP)₂的化学结构

  Figure 20. Chemical structures of BDT-2DPP and BDT(TDPP)₂

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  2.2.4    侧链硒酚的影响

  

  图23 TBDT-TTPD和BDTSe-TTPD的化学结构

  Figure 23. Chemical structures of TBDT-TTPD and BDTSe-TTPD

  图选项

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  表21 TBDT-TTPD和BDTSe-TTPD的器件性能 Table21. Device performances of TBDT-TTPD and BDTSe-TTPD

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  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Eg/eV	Voc/V	Eg-eVoc/eV	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  TBDT-TTPD	PC61BM	1:1	1.97	0.97	1.00	9.1	52.0	4.62	[71]
  BDTSe-TTPD	PC71BM	1:2	1.86	0.90	0.96	10.5	46.3	4.37	[75]

  表21 TBDT-TTPD和BDTSe-TTPD的器件性能
  Table21. Device performances of TBDT-TTPD and BDTSe-TTPD

  韩国的Kim等^{[70, 74]}分别于2013年和2014年合成了小分子TBDT-TTPD和BDTSe-TTPD,化学结构与器件性能见图 23与表 21. 与噻吩作为侧链的TBDT-TTPD相比,由于较强的Se—Se键作用,硒酚单元的引入加强了链间作用^[75～77],BDTSe-TTPD的HOMO能级降低^[78]. BDTSe-TTPD用氯仿作溶剂改善了微观形态和晶畴,调节活性层厚度(95 nm)可获得PCE为4.37%.

  2.2.3    侧链苯环的影响

  

  图22 BDT-O-DPP和BDT-PO-DPP的化学结构

  Figure 22. Chemical structures of BDT-O-DPP and BDT-PO-DPP

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  Yang等^[65]以苯环修饰BDT为中心构筑单元、DPP为受体合成了小分子BDT-PO-DPP. BDT-O-DPP、BDT-PO-DPP化学结构与器件性能如图 22与表 20. 苯环的存在会增加分子内的电子离域,分子骨架的扭转加剧,使分子热稳定性增强,分子自聚集减少. BDT-PO-DPP的光电性能明显优于BDT-O-DPP,二者PCE分别为5.63%和4.28%.

  表20 BDT-O-DPP和BDT-PO-DPP的器件性能 Table20. Device performances of BDT-O-DPP and BDT-PO-DPP

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  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Eg/eV	Voc/V	Eg-eVoc/eV	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  BDT-O-DPP	PC61BM	1:1	1.69	0.88	0.81	9.54	51.15	4.28	[65]
  BDT-PO-DPP	PC61BM	1:1	1.70	0.83	0.87	11.23	60.37	5.63	[65]

  表20 BDT-O-DPP和BDT-PO-DPP的器件性能
  Table20. Device performances of BDT-O-DPP and BDT-PO-DPP

  3    结论与展望

  要提高BDT基小分子的PCE,需要从以下几个方面着手^[79]: (1)在尽量不降低V_oc和FF的前提下,尽可能提高J_sc; (2)小分子化学结构与器件物理性能间的相关性; (3)光伏器件活性层形貌控制与优化; (4)尽量提高器件稳定性. 此外,受体材料大多是PCBM,其价格较高且可见光区内吸收有限,可以尝试使用相对经济高效的非富勒烯受体,这也是获得高效小分子太阳能电池的重要策略.

  总而言之,有机太阳能电池发展迅速,苯并[1,2-b: 4,5-b']二噻吩由于具有均匀共面的共轭结构、易于修饰、电子离域性好、空穴迁移率高等优点,以BDT为中心构筑单元的小分子和聚合物已经被广泛研究,聚合物最高效率已经超过了10%. 通过分子的合理设计,可以有效改善小分子的吸收光谱、能级、迁移率、溶解性等,这对提高小分子PCE具有重要影响.

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  图 1  单层PSC器件结构

  Figure 1  Device structure of single layer organic solar cells

  (a) Conventional PSC; (b) inverted PSC

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  图 2  代表性高效光伏聚合物化学结构

  Figure 2  Chemical structures of representative efficient photovoltaic polymers

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  图 3  一些共轭聚合物化学结构

  Figure 3  Some chemical structures of conjugated polymers

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  图 4  一些共轭聚合物化学结构

  Figure 4  Some chemical structures of conjugated polymers

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  图 5  DCAO7T和DCAO3T(BDT)3T化学结构

  Figure 5  Chemical structures of DCAO7T and DCAO3T(BDT)3T

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  图 6  DR3TBDT和DR3TSBDT化学结构

  Figure 6  Chemical structures of DR3TBDT and DR3TSBDT

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  图 7  DCAO3TBDT和DR3TBDT化学结构

  Figure 7  Chemical structures of DCAO3TBDT and DR3TBDT

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  图 8  DCAO3TBDT和DCAO5TBDT化学结构

  Figure 8  Chemical structures of DCAO3TBDT and DCAO5TBDT

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  图 9  DO1和DO2化学结构

  Figure 9  Chemical structures of DO1 and DO2

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  图 10  DR3TBDT和DR3TBDTT化学结构

  Figure 10  Chemical structures of DR3TBDT and DR3TBDTT

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  图 11  DR3TBDTT和DR3TBDTT-HD化学结构

  Figure 11  Chemical structures of DR3TBDTT and DR3TBDTT-HD

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  图 12  DR3TBDTT-HD和DR3TBDT2T化学结构

  Figure 12  Chemical structures of DR3TBDTT-HD and DR3TBDT2T

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  图 13  D1和D2化学结构

  Figure 13  Chemical structures of D1 and D2

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  图 14  BDT(TTCAO)₂、BDT(TMTCAO)₂和BDT(TTMCAO)₂化学结构

  Figure 14  Chemical structures of BDT(TTCAO)₂,BDT(TMTCAO)₂ and BDT(TTMCAO)₂

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  图 15  DCAT₃-TIPSBDT、DRT₃-TIPSBDT和DTT₃-TIPSBDT化学结构

  Figure 15  Chemical structure of DCAT₃-TIPSBDT、DRT₃-TIPSBDT and DTT₃-TIPSBDT

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  图 16  DR3TBDTT和DR3TBDTTF的化学结构

  Figure 16  Chemical structures of DR3TBDTT and DR3TBDTTF

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  图 17  BDT-O-DPP和DRTBTTBDT的化学结构

  Figure 17  Chemical structures of BDT-O-DPP and DRTBTTBDT

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  图 18  BDT-O-DPP和TPA-DPP-BDT的化学结构

  Figure 18  Chemical structures of BDT-O-DPP and TPA-DPP-BDT

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  图 19  TBDT-TTPD、BDT-2DPP和DRTBTTBDTT的化学结构

  Figure 19  Chemical structures of TBDT-TTPD,BDT-2DPP and DRTBTTBDTT

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  图 20  BDT-2DPP和BDT(TDPP)₂的化学结构

  Figure 20  Chemical structures of BDT-2DPP and BDT(TDPP)₂

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  图 21  BDT-T-DPP和BDT-T-2T-DPP的化学结构

  Figure 21  Chemical structures of BDT-T-DPP and BDT-T-2T-DPP

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  图 22  BDT-O-DPP和BDT-PO-DPP的化学结构

  Figure 22  Chemical structures of BDT-O-DPP and BDT-PO-DPP

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  图 23  TBDT-TTPD和BDTSe-TTPD的化学结构

  Figure 23  Chemical structures of TBDT-TTPD and BDTSe-TTPD

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  表 1  代表性高效光伏聚合物器件性能

  Table 1.  Device characteristics of representative efficient photovoltaic polymers

  Polymer [D]	Acceptor	D/A (m/m)	Voc/V	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  P3HT	PC61BM	1/0.8	0.63	9.5	68	≈5	[30]
  PTB7	PC71BM	1/1.5	0.74	14.5	68.97	7.40	[31]
  PffBT4T-2OD	TPC71BM	1/1.2	0.77	18.8	75	10.8	[32]
  PBDT-TS1	PC71BM	1/1.5	0.80	17.46	67.9	9.48	[33]

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  表 2  共轭聚合物器件性能

  Table 2.  Device performances of conjugated polymers

  Polymer [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Eg/eV	Voc/V	Eg-eVoc/eV	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  PBDBT1a	PC71BM	1:1	1.67	0.71	0.96	5.51	35.00	1.38	[35]
  PBDBT2a	PC71BM	1:1	1.71	0.84	0.87	3.98	38.00	1.26	[35]
  PBDBT3a	PC71BM	1:1	1.66	0.66	1.00	6.61	50.00	2.17	[35]
  PBDT-DTTBTa	PC71BM	1:1	1.73	0.80	0.93	12.56	60.38	6.19	[36]
  PS1a	PC61BM	1:1	1.79	0.93	0.86	7.31	60.60	4.13	[37]
  PS2a	PC61BM	1:1	1.81	0.96	0.85	3.82	55.51	2.03	[37]
  PS3a	PC61BM	1:1	1.78	0.96	0.82	4.52	47.53	2.06	[37]
  PL1a	PCBM	1:1	2.19	0.68	1.51	2.06	50.55	0.71	[38]
  PL2a	PCBM	1:1	2.21	0.68	1.53	4.86	60.46	2.00	[38]
  P3TBDTDTBTa	PC61BM	1:1	/	0.78	/	8.83	52.00	3.57	[39]
  PQ1a	PC61BM	1:3	1.96	1.01	0.95	2.12	50.68	1.08	[40]
  PQ2a	PC71BM	1:1.5	1.97	0.80	1.17	7.68	62.05	3.80	[40]
  PQ3a	PC71BM	1:2	1.29	0.78	0.51	2.67	52.36	1.09	[40]
  PQ4a	PC71BM	1:1	1.73	0.94	0.79	6.17	48.80	2.83	[40]
  PTOBDTTQ1a	PC71BM	1:2	1.68	0.76	0.92	7.49	47.00	2.66	[41]
  PTOBDTTQ2a	PC71BM	1:2	1.59	0.83	0.76	9.40	54.00	4.24	[41]
  PBDTBzT-DTffBTa	PC61BM	1.5:1	1.76	0.90	0.86	12.93	62.73	7.30	[42]
  PBDT-OBTa	PC71BM	1:2	1.67	0.82	0.85	12.53	54.90	5.64	[43]
  PBDT-FBTa	PC71BM	1:2	1.63	0.86	0.77	12.05	59.90	6.21	[43]
  PBDTT-IDa	PC71BM	1:2	1.67	0.88	0.79	8.95	60.00	4.76	[44]
  PBDTT-FIDa	PC71BM	1:2	1.66	0.94	0.72	9.62	61.00	5.52	[44]
  PBDTT-FIDb	PC71BM	1:2	1.66	0.92	0.74	11.30	68.00	7.04	[44]
  PBDTSA-DAPTa	PC71BM	1:1.5	1.74	0.91	0.83	3.25	37.00	1.12	[45]
  PBDTTTA-DAPTa	PC71BM	1:1.5	1.80	0.89	0.91	4.22	37.40	1.40	[45]
  PBDTTS-DAPTa	PC71BM	1:1.5	1.77	0.88	0.89	4.24	39.60	1.47	[45]
  PTB7:10% PBDTSA-DAPTa	PC71BM	1:1.5	—	0.75	—	16.67	68.70	8.59	[45]
  PTB7:10% PBDTTTA-DAPTa	PC71BM	1:1.5	—	0.74	—	17.33	70.90	9.03	[45]
  PTB7:10% PBDTTS-DAPTa	PC71BM	1:1.5	—	0.75	—	16.85	70.50	8.91	[45]
  PTB7:10% PBDTTTA-DAPTa	PC71BM: 5% IC70BA	1:1.5	—	0.75	—	17.99	76.00	10.20	[45]
  aConventional device; b Inverted device.

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  表 3  DCAO7T和DCAO3T(BDT)3T器件性能

  Table 3.  Device performances of DCAO7T and DCAO3T(BDT)3T

  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A [m/m]	Voc/V	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  DCAO7T	PC61BM	1:0.5	0.86	10.74	55.0	5.08	[50]
  DCAO3T(BDT)3T	PC61BM	1:0.5	0.93	9.77	59.9	5.44	[51]

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  表 4  DR3TBDT和DR3TSBDT器件性能

  Table 4.  Device performances of DR3TBDT and DR3TSBDT

  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Voc/V	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  DR3TBDT	PC71BM	—	0.93	12.21	65	7.38	[58]
  DR3TSBDT	PC71BM	1:0.8	0.92	14.61	74	9.95	[1]

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  表 5  DCAO3TBDT和DR3TBDT器件性能

  Table 5.  Device performances of DCAO3TBDT and DR3TBDT

  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Eg/eV	Voc/V	Eg-eVoc/eV	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  DCAO3TBDT	PC61BM	1:0.5	1.84	0.95	0.89	8.00	60	4.56	[58]
  DR3TBDT	PC71BM	1:0.8	1.74	0.93	0.81	12.21	65	7.38	[58]

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  表 6  DCAO3TBDT和DCAO5TBDT器件性能

  Table 6.  Device performances of DCAO3TBDT and DCAO5TBDT

  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Eg/eV	Voc/V	Eg-eVoc/eV	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  DCAO3TBDT	PC61BM	1:0.5	1.84	0.93	0.91	8.00	60	4.56	[58]
  DCAO5TBDT	PC61BM	—	1.79	0.79	1.00	9.51	68.3	5.13	[59]

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  表 7  DO1和DO2器件性能

  Table 7.  Device performances of DO1 and DO2

  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Eg/eV	Voc/V	Eg-eVoc/eV	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  DO1	PC70BM	1.5:1	1.59	0.91	0.68	9.47	47.2	4.15	[60]
  DO2	PC70BM	1.5:1	1.60	0.92	0.68	8.58	64.8	5.11	[60]

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  表 8  DR3TBDT和DR3TBDTT器件性能

  Table 8.  Device performances of DR3TBDT and DR3TBDTT

  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Voc/V	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  DR3TBDT	PC71BM	1:0.8	0.93	12.21	65	7.38	[58]
  DR3TBDTT	PC71BM	1:0.8	0.93	13.17	66.3	8.12	[61]

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  表 9  DR3TBDTT和DR3TBDTT-HD器件性能

  Table 9.  Device performances of DR3TBDTT and DR3TBDTT-HD

  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Voc/V	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  DR3TBDTT	PC71BM	1: 0.8	0.93	13.17	66.3	8.12	[61]
  DR3TBDTT-HD	PC71BM	1: 0.8	0.96	11.92	59.4	6.79	[61]

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  表 10  DR3TBDTT-HD和DR3TBDT2T器件性能

  Table 10.  Device performances of DR3TBDTT-HD and DR3TBDT2T

  SM-OSC [D]	Acceptor[A]	D:A (m/m)	Voc/V	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  DR3TBDTT-HD	PC71BM	1:0.8	0.96	11.92	59.4	6.79	[61]
  DR3TBDT2T	PC71BM	1:0.8	0.92	12.09	72.1	8.02	[61]

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  表 11  D1和D2器件性能

  Table 11.  Device performances of D1 and D2

  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Voc/V	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  D1	PC71BM	1.5:1	1.03	10.07	54.7	5.67	[60]
  D2	PC71BM	1.5:1	0.92	11.05	66.4	6.75	[60]

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  表 12  BDT(TTCAO)₂、BDT(TMTCAO)₂和BDT(TTMCAO)₂器件性能

  Table 12.  Device performances of BDT(TTCAO)₂,BDT(TMTCAO)₂ and BDT(TTMCAO)₂

  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Eg/eV	Voc/V	Eg-eVoc/eV	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  BDT(TTCAO)2	PCBM	1:0.7	1.89	1.08	0.81	2.57	47.3	1.31	[62]
  BDT(TMTCAO)2	PCBM	1:0.5	1.87	1.08	0.79	6.26	54.0	3.66	[62]
  BDT(TTMCAO)2	—	—	1.84	—	—	—	—	—	[62]

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  表 13  DCAT₃-TIPSBDT、DRT₃-TIPSBDT和DTT₃-TIPSBDT器件性能

  Table 13.  Device performances of DCAT₃-TIPSBDT,DRT₃-TIPSBDT and DTT₃-TIPSBDT

  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Eg/eV	Voc/V	Eg-eVoc/eV	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  DCAT3-TIPSBDT	PC61BM	1:1	2.14	0.96	2.18	10.32	59	5.84	[63]
  DRT3-TIPSBDT	PC61BM	1:1	2.09	0.97	1.12	8.67	60	5.03	[63]
  DTT3-TIPSBDT	PC61BM	1:1	2.21	0.97	2.24	8.91	62	5.31	[63]

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  表 14  DR3TBDTT和DR3TBDTTF的器件性能

  Table 14.  Device performances of DR3TBDTT and DR3TBDTTF

  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Eg/eV	Voc/V	Eg-eVoc/eV	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  DR3TBDTT	PC71BM	1:1	1.72	0.90	0.82	13.92	73.3	9.18	[64]
  DR3TBDTTF	PC71BM	1:1	1.73	0.93	0.80	14.10	74.7	9.80	[64]

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  表 15  BDT-O-DPP和DRTBTTBDT的器件性能

  Table 15.  Device performances of BDT-O-DPP and DRTBTTBDT

  SM-SCs [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Eg/eV	Voc/V	Eg-eVoc/eV	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  BDT-O-DPP	PC61BM	1:1	1.69	0.88	0.81	9.54	51.15	4.28	[65]
  DRTBTTBDT	PC61BM	3:1	1.81	0.70	1.11	4.15	35	1.01	[66]

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  表 16  BDT-O-DPP和TPA-DPP-BDT的器件性能

  Table 16.  Device performances of BDT-O-DPP and TPA-DPP-BDT

  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Eg/eV	Voc/V	Eg-eVoc/eV	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  BDT-O-DPP	PC61BM	1:1	1.69	0.88	0.81	9.54	51.15	4.28	[65]
  TPA-DPP-BDT	PC61BM	1:1	1.53	0.67	0.86	11.40	53.2	4.04	[67]

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  表 17  TBDT-TTPD、BDT-2DPP和DRTBTTBDTT的器件性能

  Table 17.  Device performances of TBDT-TTPD、BDT-2DPP and DRTBTTBDTT

  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Eg/eV	Voc/V	Eg-eVoc/eV	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  TBDT-TTPD	PC61BM	1:1	1.97	0.97	1.00	9.1	52.0	4.62	[70]
  BDT-2DPP	PC61BM	1:1	1.65	0.84	0.81	11.97	57.6	5.79	[71]
  DRTBTTBDTT	PC61BM	1:2	1.80	0.89	0.91	2.07	29	0.54	[66]

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  表 18  BDT-2DPP和BDT(TDPP)₂的器件性能

  Table 18.  Device performances of BDT-2DPP and BDT(TDPP)₂

  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Eg/eV	Voc/V	Eg-eVoc/eV	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  BDT-2DPP	PC61BM	1:1	1.65	0.84	0.81	11.97	57.6	5.79	[71]
  BDT(TDPP)2	PC71BM	1:1	1.67	0.71	0.96	9.85	57	3.90	[72]

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  表 19  BDT-T-DPP、BDT-T-2T-DPP器件性能

  Table 19.  Device performances of BDT-T-DPP and BDT-T-2T-DPP

  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Eg/eV	Voc/V	Eg-eVoc/eV	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  BDT-T-DPP	bis-PDI-T-EG	1.2:1	1.71	0.92	0.79	4.66	47	2.01	[73]
  BDT-T-2T-DPP	bis-PDI-T-EG	1:1	1.56	0.83	0.73	4.60	43	1.62	[73]

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  表 20  BDT-O-DPP和BDT-PO-DPP的器件性能

  Table 20.  Device performances of BDT-O-DPP and BDT-PO-DPP

  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Eg/eV	Voc/V	Eg-eVoc/eV	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  BDT-O-DPP	PC61BM	1:1	1.69	0.88	0.81	9.54	51.15	4.28	[65]
  BDT-PO-DPP	PC61BM	1:1	1.70	0.83	0.87	11.23	60.37	5.63	[65]

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  表 21  TBDT-TTPD和BDTSe-TTPD的器件性能

  Table 21.  Device performances of TBDT-TTPD and BDTSe-TTPD

  SM-OSC [D]	Acceptor [A]	D:A (m/m)	Eg/eV	Voc/V	Eg-eVoc/eV	Jsc/(mA•cm-2)	FF/%	PCE/%	Ref.
  TBDT-TTPD	PC61BM	1:1	1.97	0.97	1.00	9.1	52.0	4.62	[71]
  BDTSe-TTPD	PC71BM	1:2	1.86	0.90	0.96	10.5	46.3	4.37	[75]

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