2019自然科学基金国际(地区)合作与交流项目        -低电压损失高效率有机太阳能电池体系研究
批准号        51961135103       
项目负责人        魏志祥       
依托单位        国家纳米科学中心
资助金额        300.00万元       
项目类别        国际(地区)合作与交流项目       
研究期限        2019 年 01 月 01 日 至2021 年 12 月 31 日

Macromolecular Rapid Communications: 羰基聚合物电极材料在锂离子电池和钠离子电池中的应用

近年来，移动通讯工具和电动汽车的快速发展，对电化学储能器件提出了越来越高的要求。其中，锂离子电池由于其高能量密度，高比容量，高效率及低成本和长寿命而受到越来越多的关注。目前主流的锂离子电池的电极材料是过渡族金属氧化物和基于层状结构的无机材料。虽然它们比其它电池技术具有一些优势，包括更好的导电性，更快的循环速率和更长的循环寿命，但是由于其理论容量低，刚性结构不能进行调整以进一步增加容量，因此他们的比容量在一定程度上受到了限制。另外无机材料加工涉及到高能量和高碳排放，以及有害废料的沉积，使得开发新的电极材料对于进一步提高锂离子电池的性能非常必要。

具有氧化还原活性的有机材料由于其高理论容量而有希望成为取代无机电极材料的候选材料之一。有机电极材料的优势包括低成本易获得，其氧化还原电位可以通过结构优化和化学修饰来进行调整。另外有机电极材料不光对锂离子有活性，其对任何金属离子，包括钠离子，都有电活性。由于上述无机电极材料的缺点，研究人员把越来越多的注意力放在了有机电极材料在锂离子电池和钠离子电池的应用上。到目前为止，不同种类的有机材料，包括有机硫化物，有机物自由基，有机羰基聚合物，导电聚合物，非共轭氧化还原聚合物和有机层状结构化合物都已经被应用于锂、钠离子电池。国家纳米中心魏志祥教授课题组就有机羰基聚合物材料在锂、钠离子电池中应用的最新进展进行了概括性综述，讨论了有机电极材料在器件结构和电荷存储机制上的优点。概述了羰基聚合物电极面临的挑战和相关解决方案。针对不同的羰基聚合物系统，给出了理论容量，实际容量和循环寿命的比较。并讨论了充电过程中的容量衰减现象和分子结构变化，强调了柔性电池设计的一些关键参数，并在最后指出了该领域未来可能的发展方向。该论文发表在Macromolecular Rapid Communications四十周年纪念专刊中。

魏志祥国家纳米科学中心AM综述： 大面积有机太阳能电池的最新研究进展

大面积有机太阳能电池（OSC）的印刷技术已成为其工业中的关键一步。随着OSC领域的快速发展，小面积器件的最高效率（PCE）接近15％，而大面积设备的PCE也超过10％（面积≈1 cm2）。魏志祥等人总结了这个领域的最新进展。侧重于：1）材料要求（高效致密的活性层薄膜，用于大面积印刷）; 2）模块化设计（有效的设计可以抑制几何、光学和额外的效率损失）; 3）印刷方法（各种可扩展的制造技术，包括刀涂、狭缝涂布、丝网印刷、喷墨印刷、凹版印刷、柔版印刷、移印和刷涂）。希望通过诸多优良的工艺，大面积OSC的制造可以在不久的将来实现。

Wang G, Adil M A, Zhang J, et al. Large-Area Organic Solar Cells: Material Requirements, Modular Designs, and Printing Methods[J]. Advanced Materials, 2018.

DOI: 10.1002/adma.201805089

https://doi.org/10.1002/adma.201805089

有机太阳能电池中的微相结构调控与大面积柔性器件

魏志祥1,*

1国家纳米科学中心，北京市中关村北一条11号，100190

weizx@nanoctr.cn

    有机太阳能电池一般利用电子给体与受体的二元共混体系作为活性层，三元体系利用两种不同的给体材料与富勒烯受体（或一种给体与两种受体）共混作为活性层，两种给体材料通过协同效应拓宽活性层的吸光利用范围、优化活性层的形貌结构，有望大幅度提升有机太阳能电池的器件性能。本报告将介绍我们在有机小分子和三元体系的研究工作，通过小分子的诱导结晶、给/受体界面修饰等方法，使得薄膜的结晶性和微相分离结构发生了明显改善。三元体系中不同给体体现出明显的协同效应，通过改变有共轭分子给体比例，可以连续调控活性层的结晶性和相分离尺度，使得该三元体系具有巨大的发展和提升空间。同时，我们在柔性大面积器件上获得超过8%的效率，显示出在柔性光伏器件中可能的应用前景。

关键词：太阳能电池；本体异质结；三元体系；协同效应；柔性器件

参考文献：

[1] J. Q. Zhang, Y. J. Zhang, J. Fang, K. Lu, Z. Y. Wang, W.Ma, and Z. X. Wei, J. Am. Chem. Soc.,2015, 137: 8176

[2] D. Deng, Y. J. Zhang, J. Q. Zhang, Z. Y. Wang, L. Y. Zhu, J. Fang, B.Z. Xia, Z. Y. Wang, K.  Lu*, W. Ma*, Z.X.Wei*, Nat. Commun.2016, 7:13740

[3] J.Q. Zhang, Y.F. Zhao, J. Fang, L. Yuan, B.Z. Xia, G.D. Wang, Z.Y.Wang, Y.J. Zhang, W. Ma, W. Yan, W.M. Su, Z.X. Wei, Small2017, 1: 1700388

[4] Z. Wang, X.W. Zhu, J.Q. Zhang, K. Lu, J. Fang, Y.J. Zhang, Z.Y.Wang,L.Y. Zhu, W. Ma, Z.G.Shuai, Z.X. Wei, J.Am. Chem. Soc. 2018, 140:1549−1556

近日，中共中央组织部办公厅下发了《中共中央组织部办公厅关于印发第三批国家“万人计划”入选人员名单的通知》（组厅字〔2018〕6号），正式公布了第三批国家“万人计划”入选人员名单，入选人员包括领军人才和青年拔尖人才两个层次的五类人才，共计1635人，其中科技创新领军人才720人、科技创业领军人才367人、哲学社会科学领军人才215人、教学名师195人、青年拔尖人才138人。纳米中心何军、魏志祥两位研究员入选“万人计划”科技创新领军人才。


　　国家“万人计划”即“国家高层次人才特殊支持计划”，亦简称为“国家特支计划”，是一项涵盖领域广、涉及部门多、实施周期长的高层次人才支持计划。该计划由中组部、人社部等11个部委联合推出，目标是用10年时间，遴选1万名左右自然科学、工程技术和哲学社会科学领域的杰出人才、领军人才和青年拔尖人才，给予特殊支持，旨在加快培养造就一批为建设创新型国家提供坚强支撑的高层次创新创业人才。万人计划目前有三个层次，分别是杰出人才、领军人才、青年拔尖人才。