近日，太阳海傑峰副教授聯合南京理工大學俞江升副研究員、東華大學胡華偉教授和南京大學陳尚尚教授在有機太陽能電池方面取得最新研究進展，在國際能源頂級期刊Advanced Functional Materials（SCI一區TOP期刊，影響因子19.924）上發表題為“High-Efficiency Organic Solar Cells Enabled by Chalcogen Containing Branched Chain Engineering: Balancing Short-Circuit Current and Open-Circuit Voltage, Enhancing Fill Factor”（DOI: 10.1002/adfm.202213429）的研究論文。太阳成tyc9728為第一完成單位和通訊單位，海傑峰副教授為論文第一作者兼通訊作者，該項研究得到廣西自然科學基金、廣西電磁化學功能物質重點實驗室開放基金和廣西高校中青年教師科研基礎能力提升項目（2022KY0256）等多個項目的資助。
有機太陽能電池（OSCs）由于其成本效應高、力學柔性、低溫溶液加工等優點，已顯示出作為清潔能源技術的巨大潛力。伴随科研人員在分子設計和器件工程方面的深入探索，單結OSCs的光電轉化效率（PCE）已經超過了19%。聚合物給體和非富勒烯受體（NFAs）材料溶液共混制備體異質結（BHJ）活性層的形貌往往決定着激子解離、電荷收集和傳輸，同時過高的電荷複合會限制器件性能的進一步提升。結構有序、聚集可調、近紅外吸光強的NFAs材料的能級、吸光以及共混層形貌對OSCs器件的電荷傳輸特性起決定作用。但是，适用于高效OSCs的NFA材料數量仍然有限，嚴重制約了OSCs的發展與應用。因此，探索開發新型高效NFAs變得尤為必要。
本工作首次報道了含氧族元素支化側鍊工程對基于NFA型OSC器件光伏性能調控。與對稱烷氧/烷硫基支化側鍊的NFAs分子（BTP-2O和BTP-2S）相比，具有一個烷氧側鍊和一個烷硫基側鍊的不對稱NFA分子（BTP-O-S）展現出适中的吸光範圍和前線分子軌道能級、适度的溶解度和結晶性。得益于增強的π-π堆積效應和提升的電荷傳輸，基于PM6:BTP-O-S的優化OSC器件，很好平衡了VOC（0.912 V）和JSC（24.5 mA cm-2），FF優化到0.775，其PCE達到17.3%，明顯高于基于PM6:BTP-O（16.1%）和PM6:BTP-S（16.4%）的OSC器件，這是VOC超過0.9 V器件的最高效率之一。同時綠色溶劑制備基于PM6:BTP-O-S的器件效率也達到17.10%。該工作展示了一種通過協同烷氧基和烷硫基支化側鍊減輕電壓損失、提升FF獲得高效OSCs的先進策略。
海傑峰副教授課題組長期緻力于能量轉化方面的研究，并已在有機共轭半導體材料設計制備和電池應用方面取得了系列研究成果，包括應用于非摻雜鈣钛礦太陽能電池的新型稠環缺電子核空穴傳輸層材料（Advanced Functional Materials 2021, 31, 2105458）；應用于OSCs和有機光探測器（OPDs）的不對稱乙烯π橋修飾的NFA材料（Science China Chemistry 2023, 66, 242和Chemical Engineering Journal 2022, 430, 132830）；以及優化傳輸層電子傳輸性能獲得高效OSC器件的溶劑-誘導抗聚集策略等（Advanced Energy Materials 2022, 2203009）。
基于含氧族元素支鍊修飾NFA分子的有機光伏器件性能參數和形貌表征
相關論文鍊接：
1. J. Hai,* Y. Song, L. Li, X. Liu, X. Shi, Z. Huang, G. Qian, Z. Lu, J. Yu,* H. Hu,* and S. Chen.* High-Efficiency Organic Solar Cells Enabled by Chalcogen Containing Branched Chain Engineering: Balancing Short-Circuit Current and Open-Circuit Voltage, Enhancing Fill Factor. Advanced Functional Materials 2023, DOI: 10.1002/adfm.202213429. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202213429
2. X. Song,* Y. Song, H. Xu, S. Gao, Y. Wang, J. Li, J. Hai,* W. Liu,* W. Zhu.* Solvent-Induced Anti-Aggregation Evolution on Small Molecule Electron-Transporting Layer for Efficient, Scalable, and Robust Organic Solar Cells. Advanced Energy Materials 2023, 13, 2203009. https://doi.org/10.1002/aenm.202203009
3. Z. Zhong, X. Liu, L. Li, Z. Han, Y. He, X. Xu, J. Hai,* R. Zhu, J. Yu.* An asymmetric A-D-π-A type non-fullerene acceptor enables high-detectivity near-infrared organic photodiodes. Science China Chemistry 2023, 66, 242. https://www.sciengine.com/SCC/doi/10.1007/s11426-022-1385-8
4. Y. Song,# Z. Zhong,# L. Li, X. Liu, J. Huang, H. Wu, M. Li, Z. Lu, J. Yu, J. Hai.* Fused-heterocycle engineering on asymmetric non-fullerene acceptors enables organic solar cells approaching 29 mA/cm2 short-circuit current density. Chemical Engineering Journal 2022, 430, 132830. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894721044077?via%3Dihub
5. J. Hai,# H. Wu,# X. Yin,#* J. Song, L. Hu, Y. Jin, L. Li, Z. Su, Z. Xu, H. Wang, Z. Li.* Dopant-Free Hole Transport Materials Based on a Large Conjugated Electron-Deficient Core for Efficient Perovskite Solar Cells. Advanced Functional Materials 2021, 31, 2105458. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202105458
