【儀表網(wǎng) 儀表上游】2017年，北京大學(xué)工學(xué)院占肖衛(wèi)課題組在稠環(huán)電子受體光伏材料研究中取得系列重要進(jìn)展，在化學(xué)和材料領(lǐng)域期刊《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》和《先進(jìn)材料》發(fā)表了4篇論文。
有機(jī)光伏材料可分為電子給體和電子受體。過去的幾年里，有機(jī)太陽(yáng)能電池電子給體材料已取得重大突破，無(wú)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制備的單結(jié)電池效率均超過11%。長(zhǎng)期以來(lái)，富勒烯衍生物是廣泛使用的電子受體。由于富勒烯受體存在可見區(qū)吸收弱、能級(jí)調(diào)控難、易聚集導(dǎo)致器件穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，發(fā)展高性能的非富勒烯受體是有機(jī)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的挑戰(zhàn)性難題。
2015年，占肖衛(wèi)課題組提出了稠環(huán)電子受體新概念，創(chuàng)造了氰基茚酮類芳雜稠環(huán)電子受體新體系，設(shè)計(jì)合成了多種高性能非富勒烯電子受體。與富勒烯受體相比，這些稠環(huán)電子受體展示獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。2015年，稠環(huán)電子受體創(chuàng)造了非富勒烯有機(jī)太陽(yáng)能電池的率(6-7%)(Energy Environ. Sci. 2015, 8, 610-616，被引用140次，ESI熱點(diǎn)論文，ESI高被引論文; Adv. Mater. 2015, 27, 1170-1174，被引用240次，ESI熱點(diǎn)論文，ESI高被引論文)。2016年，基于稠環(huán)電子受體的有機(jī)太陽(yáng)能電池的效率提高到8-10%(J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 2973-2976，被引用100次，ESI熱點(diǎn)論文，ESI高被引論文; J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 4955-4961，被引用120次，ESI熱點(diǎn)論文，ESI高被引論文)。
2017年，他們創(chuàng)新性地提出了能量驅(qū)動(dòng)器的概念，在基于聚合物給體/稠環(huán)電子受體的活性層中加入微量的能量驅(qū)動(dòng)器，使給受體之間的電荷轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)力大大增加，太陽(yáng)能電池的效率由8%提高到10%(Adv. Mater. 2017, 29, 1605126，博士生程沛是作者)。他們提出了聚合物給體材料與非富勒烯受體材料的匹配性原則，通過篩選合適的給體材料，使基于稠環(huán)電子受體的有機(jī)太陽(yáng)能電池的效率超過11%(Adv. Mater. 2017, 29, 1604155，林禹澤博士是作者)。他們?cè)O(shè)計(jì)合成了上九并稠環(huán)電子受體材料，進(jìn)一步的把有機(jī)太陽(yáng)能電池的效率提高到11.5%(J. Am. Chem. Soc. 2017，139 , 1336–1343，博士生代水星是作者)。他們還設(shè)計(jì)合成了基于氟代氰基茚酮的稠環(huán)電子受體材料，實(shí)現(xiàn)了單結(jié)雙組分有機(jī)太陽(yáng)能電池的世界率12.1%(Adv. Mater. 2017, 29, 1700144，博士生趙富穩(wěn)是作者)。
占肖衛(wèi)課題組本科生賈博宇發(fā)表的封面文章被選為熱點(diǎn)論文
占肖衛(wèi)課題組原創(chuàng)性工作引起了國(guó)內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注和跟進(jìn)。國(guó)內(nèi)外數(shù)十個(gè)課題組使用占肖衛(wèi)課題組的稠環(huán)電子受體。國(guó)內(nèi)外數(shù)家公司已在商業(yè)銷售占肖衛(wèi)組發(fā)明的稠環(huán)電子受體。ITIC等稠環(huán)電子受體已成為有機(jī)光伏領(lǐng)域的明星分子，氰基茚酮類芳雜稠環(huán)電子受體是上好的非富勒烯受體體系。有機(jī)光伏領(lǐng)域科學(xué)家李永舫院士在《中國(guó)科學(xué)：化學(xué)》(2016, 46, 623-624)上以“高性能有機(jī)稠環(huán)電子受體光伏材料”為題，對(duì)占肖衛(wèi)課題組的工作作了亮點(diǎn)介紹：“國(guó)內(nèi)外多個(gè)課題組使用多種中間帶隙共軛聚合物給體與這些新型受體匹配制備了率聚合物太陽(yáng)能電池, 其中單結(jié)電池效率高可超過11%. 這一效率值已達(dá)到和超過好的基于富勒烯受體的器件, 充分說明了這些新型受體的廣闊應(yīng)用前景, 是具有重要影響力的明星受體材料。” “基于非富勒烯受體的有機(jī)太陽(yáng)能電池”在2016年化學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域10個(gè)熱點(diǎn)前沿中排名位。
本研究工作得到科技部973計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金等的資助。
(原文標(biāo)題：北京大學(xué)稠環(huán)電子受體光伏材料研究取得重要進(jìn)展)
