有機光伏（OPV）電池是一項具有重大應用前景的綠色能源技術。近年來，得益于新材料的發展，OPV電池的光伏效率取得了大幅提升，表現出巨大的實際應用潛力。面向OPV技術產業化，提升材料光伏性能的同時，必須注重對合成成本的控制。在材料設計中，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計方法。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、產率較低且成本高昂的氟化過程，嚴重制約了有機光伏材料的大批量制備研發進程。
在北京分子科學國家研究中心、國家自然科學基金委和科技部的支持下，中國科學院化學研究所高分子物理與化學實驗室侯劍輝課題組采取氯化方法設計高性能有機光伏材料，開展取得了系列進展。聚合物給體方面，該課題組與北京科技大學張少青副教授合作，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，顯著地增強了分子內電荷轉移效應，拓寬了材料的吸收范圍，相應材料在各類型電池中都獲得了優異的性能（Adv. Mater. 2017, 29, 1703080; Sci. China Chem. 2018, 61, 1328-1337; Adv. Mater. 2018, 30, 1800613; Nat. Commun. 2019, 10, 2515）。近期，該課題組系統總結了有機光伏材料的氯取代修飾方法，深入探討了相關的分子設計及光伏特征，相關內容發表在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.鹵化在有機光伏材料設計中的應用
在最近的工作中，該課題組通過細致地優化近期出現的明星受體分子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，促進了電荷傳輸，在單節電池中獲得了最高17.8%的光伏效率，并得到了國家計量研究院的認證（17.3%），證明了氯取代修飾方法在高性能有機光伏材料設計中的重要作用。國家納米中心魏志祥課題組和瑞典林雪平大學高峰課題組提供了材料形貌表征及器件物理相關的支持。相關研究工作發表在近期的《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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