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用于非富勒烯型有机太阳能电池的窄带隙电子受体材料
窄带隙光伏材料的设计和应用对于推动有机太阳能电池（OSC）的光电转化效率（PCE）的提高具有重要的意义，从最初1%左右提升到如今超过10%。在富勒烯衍生物作为电子受体材料的OSC中，研究人员开发了许多窄带隙的电子给体。但是，研究发现随着给体材料光谱的拓宽，基于此的电池器件需要克服较大的电荷分离能，导致能量损失通常都在0.6 eV以上，因此其光伏性能并没有得到有效的提高。最近两年，研究人员设计和应用了多种具有优良特性的非富勒烯型受体，给OSC领域的研究注入了新的活力，基于非富勒烯受体OSC的PCE已经得到了大幅度的提高。由于非富勒烯电子受体材料具有易化学修饰的特点，为我们提高了另外一种制备窄带隙OSC器件的方法：设计和应用窄带隙的电子受体材料。或许可以在能量损失较低的情况下，获得较高的能量转换效率。
目前，高效率的非富勒烯受体主要有萘二酰亚胺、苝二酰亚胺以及噻吩并引哒省类的有机聚合物或小分子。例如，以萘二酰亚胺为核的聚合物N2200为受体的全聚合物太阳能电池，可以获得超过8%的光电转化效率；以苝二酰亚胺为核的有机小分子受体在有机太阳能电池中也取得了7%-8%的PCE。根据有机光伏材料设计的经验，将合理的分子优化策略应用到非富勒烯材料中，将可以改善它们的吸收光谱，分子能级以及迁移率等基本特性，从而可以获得性能更加优异的OSC。最近中国科学院化学研究所高分子物理与化学实验室侯剑辉（点击查看介绍）课题组，通过将给电子性的烷氧基官能团引入到非富勒烯电子受体的设计中，通过显著提升分子的HOMO能级，合成了具有1.34 eV光学带隙的受体小分子材料IEICO。当IEICO与之前报道的给体材料PBDTTT-E-T共混制备聚合物太阳能电池时，器件可以获得0.82 V的开路电压，在能量损失仅为0.52 eV的情况下，其外量子效率在810 nm处依然可以达到66%，其整体光电转化效率为8.4%，这是在吸收带边超过900 nm窄带隙材料体系中十分突出的结果。将PBDTTT-E-T:IEICO作为后电池制备叠层器件时，可以获得高达10.7%的光电转化效率，显示了其在叠层电池中巨大的应用潜力。
图 窄带隙小分子IEICO化学结构式以及电池器件的光伏特性和外量子效率曲线
该研究成果近期发表于《Advanced Materials》，第一作者为姚惠峰博士。
该论文作者为：Huifeng Yao, Yu Chen, Yunpeng Qin, Runnan Yu, Yong Cui, Bei Yang, Sunsun Li, Kai Zhang, and Jianhui Hou*
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：
Design and Synthesis of a Low Bandgap Small Molecule Acceptor for Efficient Polymer Solar Cells
Adv. Mater., 2016, 28, 8283-8287, DOI: 10.1002/adma.201602642
导师介绍
侯剑辉研究员
http://www.x-mol.com/university/faculty/15463