有機太陽能電池由于其輕薄、透明、柔性、易加工等特點，近年來得到科研群體的廣泛關(guān)注。目前基于聚合物給體和小分子受體的太陽能電池已經(jīng)突破19%的能量轉(zhuǎn)化效率, 接近實現(xiàn)商業(yè)化的標準。富勒烯受體通常具有優(yōu)異的電子傳輸性能，可以作為三元有機太陽能電池的客體組分，以提高電荷的提取和光伏效率。然而，傳統(tǒng)的富勒烯小分子通常會出現(xiàn)不理想的相分離和二聚化，使得器件效率與穩(wěn)定性降低，從而限制了它們在有機太陽能電池中的應(yīng)用。
首先，作者通過已報道的ATRP聚合方法得到通過對二甲苯鏈接的聚富勒烯材料，PFBO-C12。此方法相較傳統(tǒng)PCBM的合成方法，省去了復(fù)雜的柱色譜分離純化，僅需要進行索氏提取純化，大大提升了富勒烯的利用率、降低了合成成本。電化學(xué)測試（CV，圖1b）表明其電化學(xué)能級與PCBM相當(dāng)。紫外可見光譜（UV-Vis,圖1c）表明PFBO-C12同PCBM一樣可以與聚合物給體（PM6）/聚合物受體（PY-V-γ）形成互補的光譜吸收。與此同時，共混膜吸收光譜表明，PCBM與PFBO-C12的加入都可以促進受體部分的吸收強度增強(圖1d)，而基于PFBO-C12的三元共混薄膜在300-500 nm波長范圍內(nèi)表現(xiàn)出稍強的響應(yīng)，這將有利于光子收集與光電流產(chǎn)生。
圖3. 結(jié)晶性與相分離表征結(jié)果（GIWAXS & GISAXS）
小結(jié)：作者團隊開發(fā)了聚富勒烯受體(PFBO-C12)作為客體組分，并應(yīng)用于全聚合物太陽能電池中，使其光伏轉(zhuǎn)化過程得到有效促進，能量效率得到有效提升（18.0%）。與此同時，聚富勒烯客體聚合物也使全聚合物太陽能電池的光穩(wěn)定性和機械耐久性得到了有效提升。這項工作表明，引入聚富勒烯作為客體組分，是實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的三元全聚合物太陽能電池的有效途徑。
研究以“Improved photovoltaic performance and robustness of all-polymer solar cells enabled by a polyfullerene guest acceptor”為題發(fā)表在國際頂級期刊《Nature Communications》雜志（DOI: 10.1038/s41467-023-37738-9）。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-37738-9
作者簡介
于涵，博士2017年本科畢業(yè)于北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，隨后進入香港科技大學(xué)化學(xué)系攻讀研究生，于2021年獲得博士學(xué)位（導(dǎo)師：顏河教授）。畢業(yè)后獲得香港特別行政區(qū)創(chuàng)新科技署-創(chuàng)新科技基金博士后資助項目，于香港科技大學(xué)繼續(xù)博士后研究至今。博士期間主要從事新型聚合物光伏受體材料的設(shè)計與合成工作，著眼于探索新型聚合物光伏受體之間的構(gòu)效關(guān)系，在基于全聚合物太陽能電池的效率與穩(wěn)定性方面取得了重要的創(chuàng)新性研究成果，并數(shù)次創(chuàng)造全聚合物太陽能電池的效率紀錄。發(fā)表SCI學(xué)術(shù)論文44篇，包括以第一作者/共同第一作者/通訊作者發(fā)表在《Nature Communications》、《Advanced Materials》、《Angewandte Chemie》、《Joule》、《Advanced Energy Materials》、《Advanced Functional Materials》等期刊的19篇論文，引用超過2000次，h-因子: 25。目前仍主要從事聚合物受體材料的設(shè)計開發(fā)，用于高效率、高穩(wěn)定性、同時易于大規(guī)模加工的柔性有機太陽能電池器件應(yīng)用。
顏河，香港科技大學(xué)終身教授，能源研究院副院長，在有機電子材料領(lǐng)域有多年研究經(jīng)驗，曾創(chuàng)辦著名的Polyera公司。2009年，顏河教授課題組在《自然》雜志上發(fā)表了一個高遷移率的n型有機半導(dǎo)體高分子材料。此材料被譽為開啟了“新晶體管時代”并登上了《自然》的封面；氐较愀劭拼蠛，顏河教授從事有機太陽能領(lǐng)域的研究，在過去幾年中多次打破有機太陽能電池的世界紀錄。顏河教授的研究成果在2015年被美國國家可再生能源實驗室收錄進著名的“best research-cell efficiency chart”世界紀錄表。香港科技大學(xué)也成為40年來中國第一個有幸錄入“best research-cell efficiency chart”的高校。顏河教授共發(fā)表論文超過370篇，最近幾年一共18次在頂級期刊（Science、Nature及Nature系列期刊）發(fā)表論文。2014年的Nature Communications和2016年的Nature Energy兩篇論文被引用超過3300和3100次，均是該期刊2014年來引用最高的論文。顏河教授是2020年騰訊科學(xué)探索獎的50位獲獎人之一，其近年來連續(xù)入選Web of Science的高倍引學(xué)者，入選香港首屆RGC Research Fellow。顏河教授已經(jīng)建立起一個以香港為中心的高度學(xué)科交叉的國際性科研合作平臺。
陳尚尚，南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，課題組組長，國家級青年人才計劃入選者。2014年獲南京大學(xué)學(xué)士學(xué)位，2018年獲香港科技大學(xué)博士學(xué)位（導(dǎo)師：顏河教授），2018至2021年在美國北卡羅萊納大學(xué)教堂山分校從事博士后研究（導(dǎo)師：黃勁松教授），2022年加入南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院高分子化學(xué)與物理系，任tenure-track PI。以第一/通訊作者在核心期刊發(fā)表SCI論文40余篇，包括Science，Nature Energy，Nature Sustainability，Nature Communications，Science Advances，Joule，JACS，Angew. Chem.，Advanced Materials等，引用6500余次，擔(dān)任Nature，Nature Sustainability，Angew.Chem.等期刊的獨立審稿人，以及Exploration和Nano Research Energy的青年編委。
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