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  目前，由于化石能源的過渡開采和利用給環(huán)境帶來極大壓力，使得治霾工作舉步維艱，另外這些化石能源的日益減少也給能源問題敲響著警鐘。因此可再生能源的開發(fā)刻不容緩，開發(fā)利用太陽能逐步成為熱門的研究課題。有機太陽能電池（OSCs）是將太陽能有效轉(zhuǎn)化為電能的光伏器件，具有質(zhì)量輕、柔性、低成本、可溶液加工和大面積制備等突出優(yōu)勢，成為全球科研工作者研究的熱點，其中有機半導(dǎo)體活性層中的受體材料是太陽能電池中的研究重點。受體材料可以分為經(jīng)典的富勒烯受體和新興的非富勒烯受體兩類。目前，基于富勒烯受體材料的有機光伏器件經(jīng)過近三十年的發(fā)展，已經(jīng)實現(xiàn)了高達(dá)11%的光電轉(zhuǎn)化效率（PCE），但是由于富勒烯及其衍生物作為受體材料具有自身的缺陷，例如制備和提純成本高、在可見光區(qū)吸收能力弱、能級水平調(diào)控較難、穩(wěn)定性較差等，在一定程度上限制了有機太陽能電池進(jìn)一步應(yīng)用。

  為了解決上述問題，急需開發(fā)高效率的非富勒烯受體材料。非富勒烯受體材料已經(jīng)取得了顯著的成果，基于非富勒烯受體材料的有機光伏器件經(jīng)過2年的發(fā)展，其光電轉(zhuǎn)化效率就從5%提高到14%。這篇綜述整理并總結(jié)了最近幾年有關(guān)基于非富勒烯受體（有機小分子和高分子聚合物）的有機太陽能電池的研究進(jìn)展，根據(jù)其分子不同的幾何構(gòu)型和獨特結(jié)構(gòu)單元，列舉了一系列高性能的非富勒烯受體材料。分子設(shè)計思路和結(jié)構(gòu)性能關(guān)系在文中也有所討論，同時也強調(diào)了目前所面臨的機遇和挑戰(zhàn)。文末特別指出，目前有機太陽能電池的發(fā)展不能僅僅追求效率，因為效率已經(jīng)不再是制約其進(jìn)一步產(chǎn)業(yè)化的最重要的障礙，呼吁該領(lǐng)域的研究團(tuán)隊多關(guān)注有機太陽能電池制備的工藝及器件穩(wěn)定性等重大問題，一起推動有機太陽能電池朝著正確的方向發(fā)展。長達(dá)54頁的該項工作發(fā)表在Macromolecular Rapid Communications上(DOI:10.1002/marc.201700555)，第一作者為南工IAM的碩士研究生劉福川同學(xué)。

  在此基礎(chǔ)上，張仕明教授團(tuán)隊與中國科學(xué)院大學(xué)黃輝教授團(tuán)隊合作，設(shè)計并合成了一種新型的非富勒烯受體材料IDT-Tz，通過在分子中引入“氮-硫”構(gòu)象鎖提高了分子的平面性和剛性，從而提高了分子的光電性能�；赑TB7-Th:IDTTz的聚合物太陽能電池得到了8.4%的光電轉(zhuǎn)化效率，相較于未引入“氮-硫”構(gòu)象鎖的分子IDT-T，效率有大幅度的提高。引入分子內(nèi)非成鍵構(gòu)象鎖成為了一種新型的設(shè)計高效非富勒烯受體材料的途徑，具有重要的指導(dǎo)意義和廣闊前景。該項工作近期發(fā)表在J. Mater. Chem. A上（2017, 5, 21674-21678.），第一作者為南工IAM的碩士研究生于思淼同學(xué)。該項工作被評為該期熱點文章，并被選為封面。

  另外，隨著非富勒烯材料的發(fā)展，特別是自2015年北京大學(xué)占肖衛(wèi)課題組發(fā)表非富勒烯小分子受體ITIC以來，基于非富勒烯受體得有機太陽能電池性能已經(jīng)超過了富勒烯類的水平。然而，非富勒烯與富勒烯材料有著很大的區(qū)別，一般非富勒烯受體材料的吸收都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于富勒烯，因此在發(fā)展非富勒烯受體的同時，也急需要發(fā)展與之匹配的給體材料。南工IAM張仕明教授和南方科技大學(xué)郭旭崗副教授課題組合作設(shè)計并合成了兩個基于鄰苯二甲酰亞胺的非富勒烯給體材料TPhI-BDT和TffPhI-DBT，與非富勒烯受體材料IDIC共混后制備了有機太陽能電池，TPhI-BDT取得了8.31%的光電轉(zhuǎn)換效率。而通過引入氟原子后，TffPhI-DBT的光電轉(zhuǎn)換效率更是達(dá)到了9.48%，這一結(jié)果表明了鄰苯二甲酰亞胺給體材料在非富勒烯有機太陽能電池中具有很好的前景。該工作近期發(fā)表在Macromolecules上(DOI: 10.1021/acs.macromol.7b01958)，第一作者為南工IAM的碩士研究生虞堅煒同學(xué)。該工作被評為該月最受歡迎文章，下載量top20。

  上述工作得到了科技部國家重點研發(fā)計劃戰(zhàn)略性先進(jìn)電子材料重點專項及國家自然科學(xué)基金面上項目的支持。

  三篇文章鏈接如下：

  http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/marc.201700555

  http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2017/ta/c7ta05774a

  http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.macromol.7b01958