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北京理工大学化学学院王金亮教授在有机小分子光伏材料领域取得重要进展

作者: | 发布日期:2015-05-12  |  浏览量:   
  有机光电功能材料凭借其有机结构所独有的特点和优势在光电子学领域受到越来越多的关注,例如,有机电致发光二极管(OLEDs)、有机场效应晶体管(OFETs)、有机太阳能电池(OPVs)等许多有机光电器件已经展现出巨大的商业应用前景。有机太阳能电池是将光能 (太阳光能) 转换成电能的器件。与共轭高分子材料相比,有机共轭小分子材料具有单分散性、易修饰和分离提纯、高结晶性等优点,但其光电转换效率整体上还劣于基于高分子材料的体系。

 
  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”,并依托化学学院光电转换材料北京市重点实验室筹建了有机光电材料与超分子自组装课题组。王金亮教授近期主要从事于富电子单元和缺电子单元相结合的D-π-A直线型有机小分子给体材料的设计合成以及有机太阳能电池器件性能研究,并取得了一系列重要的研究成果和进展。王金亮教授课题组合成了一系列以富电子的二噻吩并引达省(IDT)为核,作为富电子基团(D2),苯并噻二唑或氟代的苯并噻二唑为受体单元,联二噻吩为封端单元(D1)的D1-A-D2-A-D1型给体小分子材料BIT,BIT-4F,BIT-4F-T(其中BIT意为:北理工)。通过氟原子和噻吩桥的引入大大增加了对可见光的吸收能力和分子间π-π堆积的作用。以BIT-4F-T为给体材料,PC71BM为受体材料制备了体异质结太阳能电池,在不加入任何添加剂时获得了8.1%的高转化效率和非常高的填充因子(Voc = 0.90 V,Jsc = 12.0 mA cm-2,FF = 0.76),这是基于IDT为核的小分子材料中,迄今为止得到的最高的光电能量转换效率(之前文献报道最好的效率仅有5%左右)。同时也是到目前为止第三类超过8%的光电转化效率的小分子材料体系。这一研究成果以“Rational Design of Small Molecular Donor for Solution-Processed Organic Photovoltaics with 8.1% Efficiency and High Fill Factor via Multiple Fluorine Substituent and Thiophene Bridge”为题在线发表于《先进功能材料》杂志(一区,IF =10.4):Adv. Funct. Mater., doi: 10.1002/adfm.201500190。该项工作的共同第一作者是化学学院硕士生尹清茹和华南理工大学博士生缪景生同学。原文链接参见:
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201500190/abstract


 
  这项成果的有机光伏电池器件研究是由华南理工大学曹镛院士和吴宏滨教授课题组合作完成的。化学学院张汝波副教授和北京大学化学学院王婕妤老师对该研究工作提出了宝贵的建议。该研究工作受到国家自然科学基金、第九批“千人计划” (青年项目),北京理工大学杰出中青年教师发展支持计划、北京理工大学重大项目培育专项计划等的资助。
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