北理工化学学院在有机小分子光伏材料领域取得重要进展

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随着社会发展的日新月异，能源问题已经成为一个越来越重要的话题，尤其是以太阳能、风能、水能等为代表的清洁能源更是人们探索和研究的焦点。有机太阳能电池是一种利用有机/高分子半导体材料作为光活性层将太阳能转换为电能的器件。与其他类型的太阳能电池相比，有机太阳能电池具有的低成本、质量轻、制作工艺简单、可大规模印刷及柔性等优点，已经展现出巨大的商业应用前景。然而与其他太阳能电池相比，其光电转化效率还有一定的差距。要想进一步提高有机太阳能电池的性能，人们就必须在新材料的结构设计以及器件加工等方面做更深入的研究。有机小分子/寡聚物材料以其易修饰和分离提纯、结构明确、无批次差别等优点，近年来得到广泛的关注和研究，但其电池的光电转换效率整体上还劣于基于高分子材料的器件。如何获得高光电转换效率的有机小分子/寡聚物电池材料存在着巨大的挑战。最近，北京理工大学化学学院王金亮教授课题组联合华南理工大学吴宏滨教授课题组、美国伯克利劳伦斯国家实验室刘烽博士合作，利用基于氟代苯并噻二唑作为缺电子单元，引达省（IDT）作为富电子单元，联二噻吩作为封端单元的寡聚物材料和与富勒烯衍生物共混获得高达9.1%的光电转化效率和高达0.77的填充因子的有机太阳能电池器件。
这一研究成果以“Series of Multifluorine Substituted Oligomers for Organic Solar Cells with Efficiency over 9% and Fill Factor of 0.77 by Combination Thermal and Solvent Vapor Annealing”为题在线发表在美国化学会会志（国际化学领域顶级期刊，IF=13.0，（J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 7687-7697））上。JACS链接参见：

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.6b03495

北京理工大学化学学院王金亮教授于2013年3月入选中组部第四批“青年千人计划”，并依托光电转换材料北京市重点实验室筹建了有机光电材料课题组。王金亮教授课题组围绕如何获得高光电转换效率的有机小分子/寡聚物电池材料这个难题，开展了长达3年的潜心钻研和持续攻关。该课题组先后合成了一系列以富电子的IDT为核，苯并噻二唑/双氟代的苯并噻二唑为受体单元的有机小分子材料。通过引入氟原子和不同对称性的连接桥等方式，有效的调节材料对太阳光的吸收能力。该课题组与华南理工大学吴宏滨教授课题组合作，发现以噻吩、硒吩桥为桥的小分子材料的器件效率比以呋喃为桥的小分子材料的光电效率要高很多（见图一）。（Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 3514 (IF = 11.4，顶级期刊），进入ESI高被引论文；Adv. Funct. Mater. 2016, 26, 1803–1812; Chem. Mater. 2015, 27, 4338 (IF = 9.4，顶级期刊，被引用22次），相关成果发表后进入Chem. Mater.期刊2015年7月份浏览量的前10名; J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 11575 (IF = 8.3，顶级期刊); J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 2252）。

此外王金亮教授课题组还开展了具有聚集诱导荧光效应（AIE）的π-共轭小分子材料设计合成以及光波导、压制变色、细胞成像方面的研究（见图三）（Chem. Eur. J. 2015, 21, 8504，热点论文；Chem. Sci., 2016, 7, 4527–4536；J. Mater. Chem. C, accepted)。相关论文发表后分别被美国化学会会志主编Peter J. Stang在其发表在J. Am. Chem. Soc.的论文和唐本忠院士在其发表在Chem. Rev.的论文高度评价和引用。

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