聚合物給體和非富勒烯受體材料的分子結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)OSCs的伏安曲線(xiàn)

有機(jī)太陽(yáng)能電池（簡(jiǎn)稱(chēng)OSCs）是一種轉(zhuǎn)化太陽(yáng)能為電能的新型器件，評(píng)價(jià)其性能的主要參數(shù)是能量轉(zhuǎn)換效率（簡(jiǎn)稱(chēng)PCE）。目前，研究人員將聚合物或小分子作為電子給體材料和富勒烯衍生物作為電子受體材料，制備的OSCs都取得了超過(guò)11%以上的PCE。近年來(lái)，為了改善富勒烯類(lèi)受體材料在吸收光譜和分子能級(jí)調(diào)制上的困難，研究人員將研究的中心轉(zhuǎn)移到非富勒烯類(lèi)電子受體材料上，開(kāi)發(fā)應(yīng)用了多種高性能的電子受體材料，例如聚合物N2200、小分子ITIC等，基于此的OSCs表現(xiàn)了十分優(yōu)異的光伏性能。

近期，在中國(guó)科學(xué)院和國(guó)家自然科學(xué)基金委的支持下，中科院化學(xué)研究所高分子物理與化學(xué)實(shí)驗(yàn)室研究員侯劍輝課題組研究人員同時(shí)對(duì)OSCs中給、受體材料進(jìn)行了優(yōu)化，并基于此制備了OSCs，實(shí)現(xiàn)了超過(guò)13%的PCE，該效率是目前OSCs領(lǐng)域報(bào)道的世界最高結(jié)果（J.Am.Chem.Soc.2017,139,71487151）。他們將氟原子分別引入到聚合物給體PBDB-T和非富勒烯受體ITIC上，設(shè)計(jì)合成了新型的給、受體PBDB-T-SF和IT-4F（如下圖所示）。新型給、受體材料的吸收性能比原來(lái)有明顯的提高，使得相應(yīng)OSCs的短路電流密度有了大幅的提升，獲得了13%的PCE，并得到了中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院的認(rèn)證。此外，該OSCs可以在較寬的膜厚范圍內(nèi)和較長(zhǎng)時(shí)間的存儲(chǔ)中保持優(yōu)異的性能，這對(duì)OSCs的實(shí)際應(yīng)用具有重要的意義。

這一研究成果表明通過(guò)光活性材料的分子設(shè)計(jì)與優(yōu)化可以有效地提升OSCs的PCE，同時(shí)也證明了非富勒烯型OSCs具有廣闊的發(fā)展空間，在未來(lái)的工業(yè)化應(yīng)用中具有巨大的潛力。