北大在有機(jī)高分子太陽(yáng)能電池材料和器件方向取得研究進(jìn)展

【摘要】北京大學(xué)工學(xué)院占肖衛(wèi)教授課題組在有機(jī)高分子太陽(yáng)能電池材料和器件方向取得一系列重要研究進(jìn)展，此研究以實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，可通過(guò)溶液加工技術(shù)制成柔性的大面積器件，具有重量輕、低成本、便攜等優(yōu)點(diǎn)。有機(jī)高分子太陽(yáng)電池是國(guó)際前沿交叉研究領(lǐng)域，具有廣闊應(yīng)用前景。

    2014年伊始，北京大學(xué)工學(xué)院占肖衛(wèi)教授課題組在有機(jī)高分子太陽(yáng)能電池材料和器件方向取得一系列重要研究進(jìn)展，在材料和能源領(lǐng)域著名期刊（影響因子大于10）上發(fā)表了5篇論文，一篇被選為外封面。

    太陽(yáng)能是人類最安全、最綠色、最理想的可再生潔凈能源。有機(jī)高分子太陽(yáng)電池利用有機(jī)高分子材料制備器件以實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，可通過(guò)溶液加工技術(shù)制成柔性的大面積器件，具有重量輕、低成本、便攜等優(yōu)點(diǎn)。有機(jī)高分子太陽(yáng)電池是國(guó)際前沿交叉研究領(lǐng)域，具有廣闊應(yīng)用前景。

    有機(jī)太陽(yáng)能電池活性層結(jié)構(gòu)主要有本體異質(zhì)結(jié)和平面異質(zhì)結(jié)兩種。相對(duì)于本體異質(zhì)結(jié)電池，平面異質(zhì)結(jié)電池效率較低，且常常需要真空蒸鍍活性層，溶液法制備高效率平面異質(zhì)結(jié)器件鮮有報(bào)道。占肖衛(wèi)課題組設(shè)計(jì)合成了具有選擇溶解性的有機(jī)小分子光伏材料，利用溶液法層層加工得到了性能優(yōu)異的太陽(yáng)能電池，其填充因子高達(dá)0.75，是有機(jī)小分子太陽(yáng)能電池的最高值。該工作發(fā)表在《先進(jìn)能源材料》（Adv. Energy Mater., 2014, 4, 1300626, DOI: 10.1002/aenm.201300626）。他們還利用溶液法層層加工窄帶隙高分子給體/富勒烯PC61BM受體太陽(yáng)能電池，效率高達(dá)7.13%，是雙層異質(zhì)結(jié)高分子電池的最高值（Adv. Energy Mater., 2014, DOI: 10.1002/aenm.201301349）。他們?cè)谡瓗陡叻肿咏o體/富勒烯PC71BM受體太陽(yáng)能電池中加入富勒烯ICBA以調(diào)控能級(jí)結(jié)構(gòu)和形貌，從而把電池效率提高到8.24%，這是三組分本體異質(zhì)結(jié)高分子太陽(yáng)能電池的最高值（Energy Environ. Sci., 2014, DOI:10.1039/C3EE44202K）。

    有機(jī)光伏材料可分為電子給體和電子受體，富勒烯衍生物已成為最廣泛使用、最成功的電子受體。由于富勒烯受體存在可見(jiàn)區(qū)吸收弱等缺點(diǎn)，非富勒烯受體越來(lái)越受到人們的關(guān)注。然而非富勒烯電池的效率大大低于富勒烯電池，發(fā)展高性能的非富勒烯受體是有機(jī)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的挑戰(zhàn)性難題。占肖衛(wèi)課題組利用他們創(chuàng)造的苝酰亞胺高分子受體與窄帶隙高分子給體共混，制備了高性能的全高分子太陽(yáng)能電池，效率高達(dá)3.45%，是全高分子電池的最高效率之一。他們的論文（Energy Environ. Sci., 2014, 7, 1351-1356）被選為外封面。他們還設(shè)計(jì)合成了三維共軛苝酰亞胺大分子受體，基于此非富勒烯受體的電池效率達(dá)3.32%，是非富勒烯電池的最高效率之一（Adv. Mater., 2014, DOI: 10.1002/adma.201400525）。

    這5篇論文第一作者分別為占肖衛(wèi)課題組的博士生林禹澤和程沛。本研究得到科技部973項(xiàng)目、國(guó)家杰出青年科學(xué)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金委國(guó)際合作項(xiàng)目和中國(guó)科學(xué)院的資助。