中國科學院大學黃輝教授在基於非稠環電子受體的有機太陽能電池領域取得重要進展

2021-02-25 高分子科技

近年來，溶液可加工的體異質結有機太陽能電池發展迅猛。隨著稠環電子受體設計理念的提出，一系列高效率受體材料如雨後春筍般湧現，其最高效率已超過18%。然而這類材料的合成路線一般較為複雜，總產率較低。

為了增強分子內部的共平面性，這類材料的設計通常要考慮引入分子內弱相互作用力，即非共價「構象鎖」（Noncovalent conformational locks）。這一概念最早由黃輝教授與美國西北大學的Tobin Marks教授等人提出（J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 10966.）。目前，非共價鍵「構象鎖」已經廣泛運用到共軛小分子和聚合物材料的設計中，得到了一系列可應用於有機太陽能電池和場效應電晶體等領域的高性能有機半導體材料，並逐漸成為設計高性能有機半導體材料的重要策略之一。

近日，中國科學院大學黃輝團隊設計合成了以苯並三氮唑為A′單元，含有S···O「構象鎖」的新型非稠環電子受體BTzO-4F，與聚合物PBDB-T共混達到了13.8%的光電轉換效率，取得了目前文獻報導的基於非稠環電子受體光電轉化效率的最高紀錄。

圖1 (A)非稠環受體BTzO-4F結構式；(B)受體純膜的2D-GIWAXS圖譜；(C)最優器件的J-V曲線圖。 

該項成果進一步展現了非共價鍵「構象鎖」的應用潛力，也對非稠環電子受體材料的設計提供了重要的新思路。 

原文詳見：Xingzheng Liu, Yanan Wei, Xin Zhang, Linqing Qin, Zhixiang Wei, Hui Huang. Sci. China Chem., 2020, doi: 10.1007/s11426-020-9868-8https://doi.org/10.1007/s11426-020-9868-8

相關焦點

  • 工學院佔肖衛課題組稠環電子受體光伏材料研究取得重要進展
    2017年，北京大學工學院佔肖衛課題組在稠環電子受體光伏材料研究中取得系列重要進展，在化學和材料領域著名期刊《美國化學會志》和《先進材料》發表了4篇論文。有機光伏材料可分為電子給體和電子受體。過去的幾年裡，有機太陽能電池電子給體材料已取得重大突破，無論是高分子還是小分子電子給體與富勒烯類電子受體共混製備的單結電池效率均超過11%。
  • 有機太陽能電池研究新進展!北大進一步合成稠環電子受體光伏材料
    【能源人都在看，點擊右上角加'關注'】北極星太陽能光伏網訊:北京大學工學院佔肖衛課題組在非富勒烯受體有機太陽能電池研究中取得新進展，通過側鏈和端基同時氟化策略設計併合成了具有三維堆積和激子/電荷傳輸的稠環電子受體光伏材料，相關工作發表在《先進材料
  • 北京大學:非富勒烯受體有機太陽能電池研究獲得新進展
    北極星太陽能光伏網訊:北京大學工學院佔肖衛課題組在非富勒烯受體有機太陽能電池研究中取得新進展，提出通過單邊延展合成稠環電子受體光伏材料的分子設計策略，相關工作發表在《美國化學會志》上（JACS, DOI: 10.1021.jacs.9b08988）。
  • 國科大材料學院在三線態有機太陽能電池研究領域取得進展
    從單線態到三線態的系間穿越是光物理的重要基本過程，同時，具有大量三線態的有機半導體材料在光伏、室溫磷光和光動力學領域都具有廣泛的應用前景。因此，設計併合成三線態有機半導體材料是材料領域的前沿熱點，吸引了科學家的廣泛關注。
  • 南科大郭旭崗團隊在太陽能電池領域取得系列研究進展
    近期，南方科技大學材料科學與工程系（簡稱「材料系」）教授郭旭崗課題組在有機和鈣鈦礦太陽能電池領域取得重要研究進展，先後在材料和化學領域高水平期刊連續發表6篇論文，包括《先進材料》(Advanced Materials) 2篇，《中國科學：化學》（SCIENCE CHINA Chemistry
  • 工學院佔肖衛課題組與合作者在鈣鈦礦太陽能電池研究中取得重要進展
    最近，北京大學工學院佔肖衛課題組與合作者在鈣鈦礦太陽能電池的研究中取得重要進展，相關工作發表在能源領域著名期刊《能源與環境科學》（Energy & Environmental Science）和化學領域著名期刊《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）上。
  • 工學院佔肖衛課題組在JACS發文提出稠環電子受體光伏材料分子設計...
    北京大學工學院佔肖衛課題組在非富勒烯受體有機太陽能電池研究中取得新進展，提出通過單邊延展合成稠環電子受體光伏材料的分子設計策略，相關工作發表在《美國化學會志》上（JACS, DOI: 10.1021.jacs.9b08988）。
  • 材料學院團隊在三線態有機半導體材料領域取得系列重要進展
    如何通過分子設計方法實現系間竄越常數的有效調控，開發高性能三線態有機半導體材料，是一項非常具有挑戰性的工作。　　近期，中國科學院大學（以下簡稱「國科大」）材料科學與光電技術學院黃輝教授研究團隊在三線態有機半導體材料的光電和生物等應用領域取得了一系列重要科研進展，提出了新的材料設計思想和方法。
  • 有機太陽能電池研究取得進展
    面對能源的巨大需求和日趨嚴重的環境汙染問題，太陽能是大自然賦予人類的一個取之不盡、用之不竭的能源寶庫，新型的太陽能電池技術得到了廣泛的重視。有機太陽能電池（OSC）具有質量輕、超薄、柔性、易於大面積製備等諸多優點，在可攜式、柔性電池、光伏建築供能等領域具有廣闊的應用前景。
  • 《JACS》效率達13.7%,有機太陽能電池獲進展
    北京大學工學院佔肖衛課題組在非富勒烯受體有機太陽能電池研究中取得新進展，提出通過單邊延展合成稠環電子受體光伏材料的分子設計策略，相關工作發表在《美國化學會志》上（JACS, DOI: 10.1021.jacs.9b08988）。
  • 中南大學趙富穩教授【綜述】有機太陽能電池研究進展
    完成的非富勒烯有機太陽能電池綜述論文「Emerging Approaches in Enhancing the Efficiency and Stability in Non-Fullerene Organic Solar Cells」。
  • 鄒應萍：降低A-DA-D-A受體有機太陽能電池中的電壓損失
    中南大學鄒應萍教授、林克平大學的高峰教授、中國科學院化學研究所的李永舫教授等人從這一角度出發，討論了開路電壓、CT態特性和分子特性之間的關係，並對降低高性能NFA OSCs中的電壓損耗的設計策略提出了他們的理解。
  • 北京大學工學院佔肖衛課題組在JACS發文揭示稠環電子受體分子設計...
    北京大學工學院佔肖衛課題組在非富勒烯受體光伏材料研究中取得新進展，揭示了稠環電子受體分子設計中起始原料的微小差異引發的「蝴蝶效應」，提出了「自下而上」的分子構建策略。相關工作發表在《美國化學會志》上（J.Am.Chem.Soc.,DOI:10.1021/jacs.0c09800）。
  • Y18：調節非富勒烯受體的缺電子核心得到超17%單節有機太陽能電池
    在開發高性能非富勒烯有機太陽能電池（OSC）方面，尋找有效的分子設計策略以實現高效的電荷產生和較小的能量損耗是長期存在的挑戰。最近，中南大學鄒應萍教授和中國科學院的李永舫教授聯合報導了Y系列非富勒烯受體，它具有缺電子稠環核結構(典型的Y6)，這為實現高外部量子效率(~ 80%)同時保持低能量損失(~ 0.57 eV)打開了新的大門。
  • ...佔肖衛課題組在JACS發文揭示稠環電子受體分子設計中的蝴蝶效應
    北京大學工學院佔肖衛課題組在非富勒烯受體光伏材料研究中取得新進展，揭示了稠環電子受體分子設計中起始原料的微小差異引發的「蝴蝶效應」，提出了「自下而上」的分子構建策略。相關工作發表在《美國化學會志》上（J.Am.Chem.Soc.,DOI:10.1021/jacs.0c09800）。
  • 工學院佔肖衛課題組發展三維激子和電荷傳輸的稠環電子受體光伏材料
    北京大學工學院佔肖衛課題組在非富勒烯受體有機太陽能電池研究中取得新進展，通過側鏈和端基同時氟化策略設計併合成了具有三維堆積和激子/電荷傳輸的稠環電子受體光伏材料，相關工作發表在《先進材料》上（Adv. Mater., DOI: 10.1002/adma.202000645）。
  • 南科大何鳳團隊合成非富勒烯三維網絡結構的高效太陽能電池受體材料
    近日，南方科技大學化學系副教授何鳳課題組在能源領域頂級期刊Joule發表最新研究成果，介紹了團隊合成的一種定位三氟甲基取代的高效有機太陽能電池受體材料，該材料可通過H/J聚集的協同作用形成具有更多電子跳躍傳輸結點的三維網絡結構，可極大改善電荷在分子間的傳輸
  • 高效率有機太陽能電池研究取得進展
    相對於傳統的無機太陽能電池，新一代的有機太陽能電池（OPV）具有獨特的優勢和應用前景，提高其光電轉化效率是該領域的主要研究內容之一。
  • 科學網—揭示全小分子有機太陽能電池設計思路
    本報訊（記者劉曉倩）1月22日，記者從蘭州大學獲悉，該校化學化工學院張浩力課題組發現的具有雙吸電子單元的給體分子設計策略
  • 化學所在非富勒烯型聚合物太陽能電池研究中取得系列進展
    、價格低廉、可通過印刷的方式製備大面積柔性器件等優勢，得到了學術界和工業界的廣泛關注，是重要的前沿研究領域。聚合物太陽能電池的活性層通常由基於聚合物/有機小分子的電子給體和電子受體共混而成。此後，該實驗室的研究人員採用聚合物PBDB-T與多種非富勒烯受體材料共混製備光伏器件，研究結果表明，該聚合物十分適合用於製備高效率的非富勒烯型聚合物太陽能電池。基於此，科研人員取得了一系列研究進展Org. Electron.