聚合物給體和非富勒烯受體材料的分子結構以及相應OSCs的伏安曲線

有機太陽能電池（簡稱OSCs）是一種轉化太陽能為電能的新型器件，評價其性能的主要參數是能量轉換效率（簡稱PCE）。目前，研究人員將聚合物或小分子作為電子給體材料和富勒烯衍生物作為電子受體材料，制備的OSCs都取得了超過11%以上的PCE。近年來，為了改善富勒烯類受體材料在吸收光譜和分子能級調制上的困難，研究人員將研究的中心轉移到非富勒烯類電子受體材料上，開發應用了多種高性能的電子受體材料，例如聚合物N2200、小分子ITIC等，基于此的OSCs表現了十分優異的光伏性能。

近期，在中國科學院和國家自然科學基金委的支持下，中科院化學研究所高分子物理與化學實驗室研究員侯劍輝課題組研究人員同時對OSCs中給、受體材料進行了優化，并基于此制備了OSCs，實現了超過13%的PCE，該效率是目前OSCs領域報道的世界最高結果（J.Am.Chem.Soc.2017,139,71487151）。他們將氟原子分別引入到聚合物給體PBDB-T和非富勒烯受體ITIC上，設計合成了新型的給、受體PBDB-T-SF和IT-4F（如下圖所示）。新型給、受體材料的吸收性能比原來有明顯的提高，使得相應OSCs的短路電流密度有了大幅的提升，獲得了13%的PCE，并得到了中國計量科學研究院的認證。此外，該OSCs可以在較寬的膜厚范圍內和較長時間的存儲中保持優異的性能，這對OSCs的實際應用具有重要的意義。

這一研究成果表明通過光活性材料的分子設計與優化可以有效地提升OSCs的PCE，同時也證明了非富勒烯型OSCs具有廣闊的發展空間，在未來的工業化應用中具有巨大的潛力。