我國科學家研製有機太陽能電池材料

2020-10-24 中國科學院科技產業網

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較為廣泛。近年來，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進展。

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破壞受體材料分子間的緊密-堆積，進而影響其電荷傳輸及光伏性能的進一步提升。

A-D-A受體材料的分子結構及其光伏性能

針對上述問題，中國科學院福建物質結構研究所結構化學國家重點實驗室研究員鄭慶東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，研究人員通過優化梯形稠環的芳香性實現對目標受體材料的能級、帶隙以及分子取向的調控，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%。該研究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。

近日，相關研究結果發表在《德國應用化學》上，論文第一作者為該研究團隊副研究員馬雲龍。研究工作得到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，以及器件製備方面取得系列研究進展，相關成果發表在（Materials Horizons 2020，7，117；Chemistry of Materials 2017, 29, 7942；Chemistry of Materials 2017, 29, 9775；Chemistry of Materials 2019, 31, 5953；Journal of Materials Chemistry A 2019, 7, 9609）。

來源：福建物質結構研究所

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