香港城市大学任广禹教授ACS Nano：双轴共轭有机光伏材料进展

有机太阳能电池（OPV）作为一种重要的新兴光伏技术，其活性层主要由有机半导体组成，有机半导体的化学结构对于相应器件的光伏性能和化学、物理稳定性至关重要。近年来，随着有机半导体特别是非富勒烯受体（NFA）的结构创新，OPV的性能得到迅速提升，最先进的功率转换效率（PCE）已超过19.5%。与钙钛矿等其他光伏电池相比，OPV的缺点主要在于非辐射复合损耗较高。然而，由于NFA光学带隙较低，可有效利用近红外太阳光，因此OPV器件的光电流密度相对较高。为推动OPV效率进一步突破，应在保持光电流密度优势即拓宽吸收光谱的基础上进一步致力于减少非辐射损耗。开发具有双轴共轭结构的有机半导体为实现这些目标提供了潜在的解决方案。鉴于此，香港城市大学任廣禹教授及其博士后樊宝兵、高欢欢就双轴共轭有机光伏材料的结构设计规则和最新进展进行了系统总结和进一步展望，相关工作发表在ACS Nano 2023, DOI: 10.1021/acsnano.3c11193。

讨论主要分两大类展开，分别是聚合物和NFA。对于p型聚合物，重点关注一些代表性的双轴共轭结构单元，例如聚噻吩、三苯胺和喹喔啉体系（图1）。而对于n型聚合物，则重点呈现在垂直方向上具有较大共轭平面的结构。对于NFA，详细阐述其双轴共轭结构设计策略，重点关注延伸共轭位点位于π核和侧链的策略（图2）。基于不同类别材料，我们推导出通用性的结构-性能关系，包括短波区域吸收、非辐射能量损耗、材料和器件稳定性等与材料结构之间的内在关联。最后，我们对双轴共轭材料的进一步结构优化策略，及其在高效率、稳定性和商业兼容性方面的潜力进行了展望。

任廣禹教授简介：

任廣禹，李兆基材料科学首席教授兼香港清洁能源研究所（HKICE）所长、香港城市大学化学及材料科学首席教授，曾于2016-2020年担任香港城市大学教务长。在台湾国立清华大学获得学士学位、美国宾夕法尼亚大学获得博士学位。在加入香港城市大学之前，曾担任波音-约翰逊首席教授和西雅图华盛顿大学材料科学与工程系主任。曾被华盛顿州州长任命为清洁能源研究所的首席科学家。跨学科研究涵盖光子学、能源、传感、纳米医学等多领域的有机/复合功能材料与器件。在相关研究领域发表SCI论文1000余篇，被引78,000余次，H因子146，授权发明专利63项。

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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