有机光伏(OPV)电池是一项具有重大应用前景的⌒绿色能」源技术№。近年来,得益于新材料的发展,OPV电池的光伏效率取得了大幅提╱升,表现出巨大的实际应用潜力。面向OPV技术产业化,提升材料光伏性能的同时,必须注重对合成①成本的控制。在材料设计中,引入卤原◆子是最常见且有效改善光谱、能级以及聚集形貌等基本特性的分子设∴计方法。目前,众多高效率▓给、受体材料的制备过程大多包含卐步骤冗长、产率较低且成本高昂的氟化过程,严重制约了有机●光伏材料的大批量制备研发进程。
在北京〒分子科学国家研究中心、国家自然科学基金委和科技部的支持下,中国科学院化学研究所高分子物理与ω 化学实验室侯剑辉课题组采取氯化方法设计高性能有机光伏材料,取得了系列进展。聚合物给体○方面,该课题组与北京科技大【学副教授张少青合作,将苯并二噻吩(BDT)类聚合物PBDB-TF中的氟原子替换为氯原子,不仅大幅◤缩短了合成步骤,而且材料在电池器件中也表现出更▆高的光伏效率∞(Adv. Mater. 2018, 30, e1800868);非富勒烯受体方面,该课题组通过引入二氯氰基茚二酮作为端基,显著地增强了分子内电荷转移效应,拓宽了材料的吸收范围,相应材料在各类型电池中都获得了优异¤的性能(Adv. Mater. 2017, 29, 1703080; Sci. China Chem. 2018, 61, 1328-1337; Adv. Mater. 2018, 30, 1800613; Nat. Commun. 2019, 10, 2515)。近期,该课题组系统总结了有机光伏材料的氯∩取代修饰方法,深入探讨了相关的分子设计及光伏特征,相关内容发表在Acc. Chem. Res. 2020, 53, 4, 822-832,论文第一作者为副研究员姚◥惠峰,通讯作者是研究员侯ζ剑辉。
在最近的工作中,该课题组通过细→致地优化近期出现的明星受体分子Y6,通过氯※化的方式制备了新的受体BTP-eC9;该方法提升了分子排列有序性,促进了电荷传输,在单节电池中获得⌒了最高17.8%的光伏效率,并得到了国家计量研究院的认证(17.3%),证明了氯取代修饰方法在◤高性能有机光伏材料设计中的重要作用。国家纳米科学中心魏志祥课题组和瑞典林雪平■大学高峰课题组提供了材料①形貌表征及器件物理相关的支持。相关研究工作发表在近期☉的Advanced Materials上,通◆讯作者是姚惠峰,第一作者是崔勇。