王涛教授团队在非富勒烯有机太阳能电池领域取得重要进展

wudaogang

近日，Cell子刊Joule, Wiley旗下材料领域期刊Advanced Functional Materials及英国物理学会旗下期刊Reports on Progress in Physics等国际一流期刊先后刊发武汉理工大学材料科学与工程学院王涛教授的多篇学术论文，介绍了课题组在新型非富勒烯有机光伏领域的重要进展。

  太阳能电池一直被誉为是可再生能源的重要获取方式之一。近年来，非富勒烯电子受体因其化学结构设计性强，光学带隙和能级结构易调控的优势，在有机太阳能电池领域受到了广泛的关注，并取得了重要的进展。然而，目前大多数高效率有机电池器件的制备思路仍来源于新型聚合物供体材料或小分子受体材料的合成设计，针对光伏体系中的分子有序性、聚集态结构和器件构效关系的研究仍然较少，制约了有机光伏太阳能电池的快速发展。

  针对上述问题，武汉理工大学王涛教授团队和国家纳米中心丁黎明研究员团队从调控非富勒烯电子受体的聚集态结构和分子取向的角度出发，在Joule杂志上发表了题为“Molecular order control of non-fullerene acceptors for high efficiency polymer solar cells”的研究性论文。该工作采用热场诱导，成功实现了COi8DFIC小分子电子受体从侧立（edge-on)和直立（flat-on)取向的层晶向平躺取向的（face-on)H型和J型层叠的转变。该分子有序性和取向的转变不仅极大地拓宽了光伏活性层的吸光范围，而且使得活性层中给受体取向一致，缩短了给受体分子共轭平面的接触距离从而提高了激子解离效率。最终成功制备了短路电流高达28.3 mA/cm2，光电转化效率高达13.8%的二元体系聚合物太阳能电池。该工作建立了光伏材料分子有序性和器件性能之间的有效关系，为进一步制备更高效率的非富勒烯有机太阳能电池提供了新的思路。

  王涛教授课题组还发现热场辅助可以抑制非富勒烯小分子受体INPIC-4F在溶液涂膜过程中形成大尺寸的球晶，转而形成尺寸较小的π-π堆积，从而降低了光伏吸光层中的相分离尺寸，也获得超过13%的电池效率。该工作与南京理工大学唐卫华教授课题组合作，发表在Advanced Functional Materials (Retarding the crystallization of a non-fullerene electron-acceptor for high performance polymer solar cells)上。

  王涛教授课题组还应英国物理学会旗下刊物Reports on Progress in Physics的邀请，发表了题为“A review of non-fullerene polymer solar cells: From device physics to morphology control”的综述论文。该论文从光伏材料分子结构设计、吸光层微纳结构调控、器件物理研究及多元电池器件构建等角度对目前新型非富勒烯电池器件的最新研究进展进行了系统的总结，并对非富勒烯有机太阳能电池今后的发展策略作出了展望。该论文第一作者为王涛课题组博士后Robert Gurney博士，并与英国谢菲尔德大学David Lidzey教授合作完成。

  以上三篇文章第一完成单位均为武汉理工大学，王涛教授均为通讯作者。王涛教授课题组的研究获得中国上海光源和英国钻石光源等大科学仪器设施的支持。

  原文链接：

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435118305725?via%3Dihub

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201807662

  https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6633/ab0530