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  近日，Cell子刊Joule, Wiley旗下材料領(lǐng)域期刊Advanced Functional Materials及英國物理學(xué)會(huì)旗下期刊Reports on Progress in Physics等國際一流期刊先后刊發(fā)武漢理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院王濤教授的多篇學(xué)術(shù)論文，介紹了課題組在新型非富勒烯有機(jī)光伏領(lǐng)域的重要進(jìn)展。

  太陽能電池一直被譽(yù)為是可再生能源的重要獲取方式之一。近年來，非富勒烯電子受體因其化學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)性強(qiáng)，光學(xué)帶隙和能級(jí)結(jié)構(gòu)易調(diào)控的優(yōu)勢(shì)，在有機(jī)太陽能電池領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注，并取得了重要的進(jìn)展。然而，目前大多數(shù)高效率有機(jī)電池器件的制備思路仍來源于新型聚合物供體材料或小分子受體材料的合成設(shè)計(jì)，針對(duì)光伏體系中的分子有序性、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)和器件構(gòu)效關(guān)系的研究仍然較少，制約了有機(jī)光伏太陽能電池的快速發(fā)展。

  針對(duì)上述問題，武漢理工大學(xué)王濤教授團(tuán)隊(duì)和國家納米中心丁黎明研究員團(tuán)隊(duì)從調(diào)控非富勒烯電子受體的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)和分子取向的角度出發(fā)，在Joule雜志上發(fā)表了題為“Molecular order control of non-fullerene acceptors for high efficiency polymer solar cells”的研究性論文。該工作采用熱場誘導(dǎo)，成功實(shí)現(xiàn)了COi8DFIC小分子電子受體從側(cè)立（edge-on)和直立（flat-on)取向的層晶向平躺取向的（face-on)H型和J型層疊的轉(zhuǎn)變。該分子有序性和取向的轉(zhuǎn)變不僅極大地拓寬了光伏活性層的吸光范圍，而且使得活性層中給受體取向一致，縮短了給受體分子共軛平面的接觸距離從而提高了激子解離效率。最終成功制備了短路電流高達(dá)28.3 mA/cm2，光電轉(zhuǎn)化效率高達(dá)13.8%的二元體系聚合物太陽能電池。該工作建立了光伏材料分子有序性和器件性能之間的有效關(guān)系，為進(jìn)一步制備更高效率的非富勒烯有機(jī)太陽能電池提供了新的思路。

  王濤教授課題組還發(fā)現(xiàn)熱場輔助可以抑制非富勒烯小分子受體INPIC-4F在溶液涂膜過程中形成大尺寸的球晶，轉(zhuǎn)而形成尺寸較小的π-π堆積，從而降低了光伏吸光層中的相分離尺寸，也獲得超過13%的電池效率。該工作與南京理工大學(xué)唐衛(wèi)華教授課題組合作，發(fā)表在Advanced Functional Materials (Retarding the crystallization of a non-fullerene electron-acceptor for high performance polymer solar cells)上。

  王濤教授課題組還應(yīng)英國物理學(xué)會(huì)旗下刊物Reports on Progress in Physics的邀請(qǐng)，發(fā)表了題為“A review of non-fullerene polymer solar cells: From device physics to morphology control”的綜述論文。該論文從光伏材料分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、吸光層微納結(jié)構(gòu)調(diào)控、器件物理研究及多元電池器件構(gòu)建等角度對(duì)目前新型非富勒烯電池器件的最新研究進(jìn)展進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)，并對(duì)非富勒烯有機(jī)太陽能電池今后的發(fā)展策略作出了展望。該論文第一作者為王濤課題組博士后Robert Gurney博士，并與英國謝菲爾德大學(xué)David Lidzey教授合作完成。

  以上三篇文章第一完成單位均為武漢理工大學(xué)，王濤教授均為通訊作者。王濤教授課題組的研究獲得中國上海光源和英國鉆石光源等大科學(xué)儀器設(shè)施的支持。

  原文鏈接：

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435118305725?via%3Dihub

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201807662

  https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6633/ab0530