封面說明：設(shè)計(jì)背景基于綠色清潔的理念，展示的是藍(lán)天綠草，體現(xiàn)的是太陽能作為清潔能源，是維護(hù)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)環(huán)境的重要能源形式。畫面主體為本文設(shè)計(jì)的有機(jī)太陽能電池受體材料的分子式和相關(guān)的器件結(jié)構(gòu)，在突出本文的重心——新受體分子的前提下，展示了有機(jī)太陽能電池的器件結(jié)構(gòu)和工作方式，方便讀者了解本文的研究領(lǐng)域。
有機(jī)太陽能電池因其成本低、質(zhì)量輕、可大面積印刷、柔性等優(yōu)點(diǎn)，展示出重要的應(yīng)用前景。近年來，有機(jī)太陽能電池的研究進(jìn)展迅速，實(shí)驗(yàn)室器件效率不斷刷新。這主要?dú)w功于新型活性層材料的設(shè)計(jì)合成，特別是基于A-D-A (受體-給體-受體)結(jié)構(gòu)的活性層材料，其吸收光譜和能級(jí)等性能可以有效調(diào)控，極大推動(dòng)了有機(jī)光伏領(lǐng)域的發(fā)展。根據(jù)相關(guān)理論，有機(jī)太陽能電池的效率仍有巨大的提升空間，而活性層材料的設(shè)計(jì)依然起到關(guān)鍵作用，F(xiàn)有活性層材料，多數(shù)分子其截止吸收大約在900 nm左右，對(duì)900 nm以上近紅外區(qū)的太陽光吸收利用不足，導(dǎo)致其電流密度受限，進(jìn)而影響其器件效率。因此，設(shè)計(jì)具有窄帶隙的近紅外光區(qū)的分子，對(duì)于提升太陽能電池短路電流密度和器件效率具有重要意義。
南開大學(xué)陳永勝教授團(tuán)隊(duì)基于受體中間核IDTT，通過向其并噻吩單元中間引入吡喃環(huán)的策略，設(shè)計(jì)合成了基于引達(dá)省并二噻吩吡喃的近紅外光區(qū)有機(jī)受體分子IDTO2HT-2F。吡喃環(huán)的引入提高了分子中間核的給電子能力，使分子的最高占有軌道能級(jí)（HOMO）顯著提升，帶隙變窄，吸收光譜發(fā)生紅移，其截止吸收波長達(dá)到956 nm，有利于其對(duì)太陽光的充分利用，提高短路電流密度。最終， 以IDTO2HT-2F為受體材料、PM6為給體材料制備的太陽能電池器件，獲得了10.85%的能量轉(zhuǎn)化效率并具有高達(dá)20.61 mA cm?2的短路電流密度。該工作提供了一種拓寬分子吸收光譜范圍，提高短路電流密度的有效方法，相信基于這種設(shè)計(jì)思路，通過進(jìn)一步的分子設(shè)計(jì)與器件優(yōu)化，可以獲得更高效率的有機(jī)太陽能電池。
上述工作已發(fā)表在《高分子學(xué)報(bào)》2020年第2期(DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2019.19131)，并作為期刊封面介紹，第一作者是南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院博士研究生柯鑫，通訊作者為南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院陳永勝教授。研究工作獲得了科技部、國家自然科學(xué)基金委、天津市科委和南開大學(xué)的大力支持。
論文鏈接：http://www.gfzxb.org/fileGFZXB/journal/article/gfzxb/2020/2/PDF/gfzxb20190131chenyongsheng.pdf
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