福建物構所有機太陽能電池材料研究獲得新進展

2020-11-22 騰訊網

導讀：最近，中科院福建物質結構研究所結構化學國家重點實驗室鄭慶東研究員團隊發展了一類共軛骨架上無sp3碳的非富勒烯受體材料體系，並提出利用「鄰位側鏈」的位阻效應來抑制受體材料分子的過度聚集。

非富勒烯受體材料具有合成簡便、能級和帶隙更易調節以及形貌穩定性好等優點，因而受到越來越多的關注。在幾種不同類型的受體材料中，以acceptor-donor-acceptor (A-D-A)為骨架構型的小分子受體材料的研究最為廣泛。近5年來，得益於眾多A-D-A型非富勒烯受體材料的開發，有機太陽能電池的光電轉換效率取得了持續突破。目前A-D-A型非富勒烯受體材料大多需要有sp3雜化的橋碳原子，這是因為通過橋碳原子上的烷基側鏈(或芳香烷基側鏈)能夠有效減少材料分子的過度聚集同時提升材料溶解性。然而，這些伸展到共軛骨架平面外的側鏈會不可避免地破壞受體材料分子間的緊密pai-pai堆積，進而影響其電荷傳輸及光伏性能的進一步提升。

針對上述問題，最近，中科院福建物質結構研究所結構化學國家重點實驗室鄭慶東研究員團隊發展了一類共軛骨架上無sp3碳的非富勒烯受體材料體系，並提出利用「鄰位側鏈」的位阻效應來抑制受體材料分子的過度聚集。同時，他們通過優化梯形稠環的芳香性實現了對目標受體材料的能級、帶隙以及分子取向的調控，最終提高了材料的電荷傳輸以及光伏性能。器件優化的最優聚合物太陽能電池的光電轉換效率達15.24%。該項研究工作成功開發了具有合適帶隙和聚集性能的高遷移率無sp3橋碳的非富勒烯受體材料，並展示了梯形稠環的芳香性對帶隙、能級、分子取向、電荷傳輸及光伏性能的影響，為新型非富勒烯受體材料的設計與合成提供了新策略。

圖：A-D-A受體材料的分子結構及其光伏性能

上述研究結果近期發表在《德國應用化學》上（Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202007907），論文第1作者為該團隊的馬雲龍副研究員。該工作得到了國家自然科學基金海峽聯合基金重點項目、中科院戰略性先導科技專項以及福建省自然科學基金項目的支持。

此前，該研究團隊在非富勒烯受體材料的設計與合成以及器件製備方面也取得了系列重要研究進展，相關成果發表在(Mater. Horiz. 2020，7，117; Chem. Mater. 2017, 29, 7942; Chem. Mater. 2017, 29, 9775; Chem. Mater. 2019, 31, 5953; J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 9609)。

（來源：科技料）

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