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中科院化學(xué)所侯劍輝研究員課題組在氯取代有機(jī)光伏材料設(shè)計(jì)方面取得系列進(jìn)展
2020-05-08  來源:中國聚合物網(wǎng)
關(guān)鍵詞:氯取代 有機(jī)光伏

  有機(jī)光伏(OPV)電池是一項(xiàng)具有重大應(yīng)用前景的綠色能源技術(shù)。近年來,得益于新材料的發(fā)展,OPV電池的光伏效率取得了大幅提升,表現(xiàn)出巨大的實(shí)際應(yīng)用潛力。面向OPV技術(shù)產(chǎn)業(yè)化,提升材料光伏性能的同時(shí),必須注重對合成成本的控制。在材料設(shè)計(jì)中,引入鹵原子是最常見且有效改善光譜、能級以及聚集形貌等基本特性的分子設(shè)計(jì)方法。目前,眾多高效率給、受體材料的制備過程大多包含步驟冗長、產(chǎn)率較低且成本高昂的氟化過程,嚴(yán)重制約了有機(jī)光伏材料的大批量制備研發(fā)進(jìn)程。 


  在北京分子科學(xué)國家研究中心、國家自然科學(xué)基金委和科技部的支持下,中國科學(xué)院化學(xué)研究所高分子物理與化學(xué)實(shí)驗(yàn)室侯劍輝課題組采取氯化方法設(shè)計(jì)高性能有機(jī)光伏材料,開展取得了系列進(jìn)展。聚合物給體方面,該課題組與北京科技大學(xué)張少青副教授合作,將苯并二噻吩(BDT)類聚合物PBDB-TF中的氟原子替換為氯原子,不僅大幅縮短了合成步驟,而且材料在電池器件中也表現(xiàn)出更高的光伏效率(Adv. Mater. 2018, 30, e1800868.);非富勒烯受體方面,該課題組通過引入二氯氰基茚二酮作為端基,顯著地增強(qiáng)了分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng),拓寬了材料的吸收范圍,相應(yīng)材料在各類型電池中都獲得了優(yōu)異的性能(Adv. Mater. 2017, 29, 1703080; Sci. China Chem. 2018, 61, 1328-1337; Adv. Mater. 2018, 30, 1800613; Nat. Commun. 2019, 10, 2515)。近期,該課題組系統(tǒng)總結(jié)了有機(jī)光伏材料的氯取代修飾方法,深入探討了相關(guān)的分子設(shè)計(jì)及光伏特征,相關(guān)內(nèi)容發(fā)表在Acc. Chem. Res. 2020, 53, 4, 822-832,論文第一作者為姚惠峰副研究員,通訊作者是侯劍輝研究員。 


圖1.鹵化在有機(jī)光伏材料設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 


  在最近的工作中,該課題組通過細(xì)致地優(yōu)化近期出現(xiàn)的明星受體分子Y6,通過氯化的方式制備了新的受體BTP-eC9;該方法提升了分子排列有序性,促進(jìn)了電荷傳輸,在單節(jié)電池中獲得了最高17.8%的光伏效率,并得到了國家計(jì)量研究院的認(rèn)證(17.3%),證明了氯取代修飾方法在高性能有機(jī)光伏材料設(shè)計(jì)中的重要作用。國家納米中心魏志祥課題組和瑞典林雪平大學(xué)高峰課題組提供了材料形貌表征及器件物理相關(guān)的支持。相關(guān)研究工作發(fā)表在近期的《Advanced Materials》上,通訊作者是姚惠峰副研究員,第一作者是崔勇博士。 


  論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201908205

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