傳統(tǒng)的太陽能電池的光電活性材料是無機半導(dǎo)體，而全高分子太陽能電池采用p型高分子半導(dǎo)體和n型高分子半導(dǎo)體的共混物作為活性層，使光能轉(zhuǎn)化為電能。全高分子太陽能電池具有柔性、成本低、重量輕的突出優(yōu)點，適合未來在便攜式能源上應(yīng)用，已成為太陽能電池研究的重要方向之一。絕大部分高分子半導(dǎo)體都是p型的(傳輸正電荷，給體)，而n型高分子半導(dǎo)體(傳輸負(fù)電荷，受體)的種類和數(shù)量都非常少，因此，發(fā)展全高分子太陽能電池的核心是開發(fā)n型高分子半導(dǎo)體材料。
有別于采用酰亞胺結(jié)構(gòu)設(shè)計n型高分子半導(dǎo)體的傳統(tǒng)思路，中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所劉俊課題組，從硼氮配位鍵降低共軛高分子LUMO/HOMO能級的基本原理出發(fā)，2015年提出了采用硼氮配位鍵設(shè)計n型高分子半導(dǎo)體的策略。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分子設(shè)計，發(fā)展出兩類含硼氮配位鍵的n型高分子半導(dǎo)體受體材料，并將全高分子太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率從0.1%提升到6.3%。該工作為發(fā)展n型高分子半導(dǎo)體提供了新材料體系，系列成果已發(fā)表論文15篇。
劉俊課題組在《高分子學(xué)報》2017年第12期發(fā)表的專論中系統(tǒng)評述在含硼氮配位鍵的高分子受體材料方向的研究進(jìn)展。首先闡明了硼氮配位鍵降低LUMO/HOMO能級的原理，然后揭示了硼氮配位鍵在重復(fù)單元和高分子中的3個作用，介紹了硼氮配位鍵高分子受體材料的2種分子設(shè)計方法，闡明了硼氮配位鍵高分子受體材料在電子結(jié)構(gòu)方面的特征，介紹了硼氮配位鍵高分子受體材料的吸收光譜調(diào)控、能級結(jié)構(gòu)調(diào)控和電子遷移率調(diào)控。最后，展望了硼氮配位鍵高分子受體材料在高性能全高分子太陽能電池方面的前景和重點發(fā)展方向.
