有機太陽能電池（簡稱OSCs）是一種轉(zhuǎn)化太陽能為電能的新型器件，評價其性能的主要參數(shù)是能量轉(zhuǎn)換效率（簡稱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11%以上的PCE。近年來，為了改善富勒烯類受體材料在吸收光譜和分子能級調(diào)制上的困難，研究人員將研究的中心轉(zhuǎn)移到非富勒烯類電子受體材料上，開發(fā)應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，在中國科學院和國家自然科學基金委的支持下，中科院化學所高分子物理與化學實驗室的研究人員同時對OSCs中給、受體材料進行了優(yōu)化，并基于此制備了OSCs，實現(xiàn)了超過13%的PCE，該效率是目前OSCs領(lǐng)域報道的世界最高結(jié)果（J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 7148–7151）。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)計合成了新型的給、受體PBDB-T-SF和IT-4F（如圖1所示）。新型給、受體材料的吸收性能比原來有明顯的提高，使得相應OSCs的短路電流密度有了大幅的提升，獲得了13%的PCE，并得到了中國計量科學研究院的認證。此外，該OSCs可以在較寬的膜厚范圍內(nèi)和較長時間的存儲中保持優(yōu)異的性能，這對OSCs的實際應用具有重要的意義。
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OSCs的伏安曲線
這一研究成果表明通過光活性材料的分子設(shè)計與優(yōu)化可以有效地提升OSCs的PCE，同時也證明了非富勒烯型OSCs具有廣闊的發(fā)展空間，在未來的工業(yè)化應用中具有巨大的潛力。
