发展兼具高性能与成本效益的宽带隙聚合物给体材料对有机太阳能电池的商业化至关重要。然而，当前主流高效聚合物给体（如PM6、D18等）多采用复杂的稠环给–受体（D–A）结构，存在合成工艺复杂、成本高等问题。为简化结构，前期研究者尝试以简单芳（杂）环单元作为A单元构筑聚合物给体，但主链骨架中可旋转σ键的存在易导致构象扭曲和无序，从而削弱分子平面性、抑制有序堆积并降低电荷输运性质。

针对上述挑战，近日课题组创新性地提出双非共价“构象锁”协同调控策略。该研究通过引入多重分子内S···O/F/Cl非共价相互作用，在简单结构体系中构建了高度平面化的“全锁定”主链结构，有效平衡了成本效益与材料性能。

图1 单体和目标聚合物的合成路线

图2 DTB-H (a)、DTB-F (b)和DTB-Cl (c)的单晶结构

图3 DFT理论计算、光谱学以及循环伏安法测试

NBO分析表明上述非共价“构象锁”源于超共轭作用，即非键轨道（n）与噻吩环中S–C键反键轨道（σ*）显著重叠。几何参数计算显示DTB-Cl中S···O（0.545）与S···Cl（0.373）非共价相互作用的S值最高，表明其双“构象锁”限制单键旋转能力最强，导致主链呈现单一构象和最高平面性。光谱学证实PBDT-TBT-Cl具有更小的Stokes位移和增强的分子刚性，与单晶及理论计算一致，揭示了非共价“构象锁”类型与强度对稳定 “全锁定”主链构象的关键作用。

图4 光伏性能与器件物理研究

器件结果显示，基于PBDT-TBT-Cl的二元有机光伏器件展现出更低的能量损失和更高的能量转换效率。为拓展其应用潜力，研究团队将其作为第三组分引入三元器件体系，最终实现了20.14%的优异效率。

图5 活性层形貌表征

本工作通过理性的分子设计，系统揭示了非共价“构象锁”对材料性能的调控机制‌：1.消除构象无序；2.稳定平面构象；3.调控光电性质、预聚集行为及电荷传输性能。凸显了“全锁定”主链构象在高性能、低成本聚合物给体材料设计中的重要意义，为未来高效有机光伏聚合物给体材料的分子工程提供了新的设计思路。

相关成果以“Fully Locked Conjugated Backbones in Simple-Structured Polymer Donors Enabling High-Performance Organic Solar Cells”为题，发表于国际知名期刊Angewandte Chemie International Edition。论文第一作者为中国科学院大学博士生谢戈宁，共同第一作者为天津大学博士生王嘉瑞，通讯作者为天津大学/中国科学院大学黄辉教授与中国科学院大学张昕副教授。