南开大学陈永胜教授团队：基于引达省并二噻吩吡喃的稠环受体材料的设计合成及其在有机太阳能电池中的应用研究

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封面说明：设计背景基于绿色清洁的理念，展示的是蓝天绿草，体现的是太阳能作为清洁能源，是维护可持续发展的生态环境的重要能源形式。画面主体为本文设计的有机太阳能电池受体材料的分子式和相关的器件结构，在突出本文的重心——新受体分子的前提下，展示了有机太阳能电池的器件结构和工作方式，方便读者了解本文的研究领域。

有机太阳能电池因其成本低、质量轻、可大面积印刷、柔性等优点，展示出重要的应用前景。近年来，有机太阳能电池的研究进展迅速，实验室器件效率不断刷新。这主要归功于新型活性层材料的设计合成，特别是基于A-D-A (受体-给体-受体)结构的活性层材料，其吸收光谱和能级等性能可以有效调控，极大推动了有机光伏领域的发展。根据相关理论，有机太阳能电池的效率仍有巨大的提升空间，而活性层材料的设计依然起到关键作用。现有活性层材料，多数分子其截止吸收大约在900 nm左右，对900 nm以上近红外区的太阳光吸收利用不足，导致其电流密度受限，进而影响其器件效率。因此，设计具有窄带隙的近红外光区的分子，对于提升太阳能电池短路电流密度和器件效率具有重要意义。

南开大学陈永胜教授团队基于受体中间核IDTT，通过向其并噻吩单元中间引入吡喃环的策略，设计合成了基于引达省并二噻吩吡喃的近红外光区有机受体分子IDTO2HT-2F。吡喃环的引入提高了分子中间核的给电子能力，使分子的最高占有轨道能级（HOMO）显著提升，带隙变窄，吸收光谱发生红移，其截止吸收波长达到956 nm，有利于其对太阳光的充分利用，提高短路电流密度。最终， 以IDTO2HT-2F为受体材料、PM6为给体材料制备的太阳能电池器件，获得了10.85%的能量转化效率并具有高达20.61 mA cm⁻²的短路电流密度。该工作提供了一种拓宽分子吸收光谱范围，提高短路电流密度的有效方法，相信基于这种设计思路，通过进一步的分子设计与器件优化，可以获得更高效率的有机太阳能电池。

上述工作已发表在《高分子学报》2020年第2期(DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2019.19131)，并作为期刊封面介绍，第一作者是南开大学化学学院博士研究生柯鑫，通讯作者为南开大学化学学院陈永胜教授。研究工作获得了科技部、国家自然科学基金委、天津市科委和南开大学的大力支持。

论文链接：

http://www.gfzxb.org/fileGFZXB/journal/article/gfzxb/2020/2/PDF/gfzxb20190131chenyongsheng.pdf

来源：高分子学报

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