化学所在低成本有机光伏材料的研究中取得新进展

       有机太阳能电池具有质轻、柔性、可溶液加工等优点，是当前太阳能电池技术的前沿热点研究方向。随着新型非富勒烯受体材料的快速发展，有机太阳能电池的能量转换效率逐步提升，最近已突破16%，达到了可以向实际应用发展的阶段。但是，实现有机太阳能电池的商业应用，目前还面临着光伏材料成本和器件稳定性的挑战。目前已报道的高效光伏材料大多存在着结构复杂、合成步骤繁多，产率低等问题，在成本上很难满足商业应用的需求。因此开发低成本高效有机光伏材料是聚合物太阳能电池走向应用研究上的关键课题。 

        鉴于此，在国家自然科学基金委和中科院先导项目的支持下，中科院化学所有机固体院重点实验室李永舫课题组去年设计和合成了一种低成本高效给体光伏材料PTQ10，以PTQ10为给体、窄带隙n-型有机半导体(n-OS)IDIC为受体的有机太阳能电池的能量转换效率达到了12.7%(见Nature Commun., 2018. 9, 743.第一作者是博士生孙晨凯)。然而，n-OS受体IDIC存在其中心稠环合成步骤多、产率低的问题。为了降低受体材料IDIC的合成成本，他们开发了一种IDIC中心稠环简化的合成方法，同时通过引入烷氧取代基进一步提高了中心稠环的产率，进而合成了两个新的低成本n-OS受体分子MO-IDIC和MO-IDIC-2F（合成路线见图）。这两个受体分子具有窄带隙、宽吸收和高电子迁移率等优点。其中将MO-IDIC-2F与低成本聚合物给体PTQ10共混制备的有机太阳能电池效率达到13.46%。他们对已报道的高效材料进行了活性层材料的成本核算，发现基于PTQ10：MO-IDIC-2F的太阳能电池无论是在材料成本、以及器件性价比上都具有突出的优势。以上结果表明MO-IDIC-2F是一个具有应用潜力的低成本受体材料。相关研究结果发表在《自然通讯》上（Nat. Commun.2019,10,519，第一作者是博士生李骁骏）

 

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化学所获NREL认证14.2%的有机叠层太阳能电池最高效率

       在有机太阳能电池中，将具有互补吸收光谱的两个本体异质结（BHJ）电池堆叠形成串联叠层电池结构，可以有效地利用更宽范围的太阳光谱和减少光子能量的量子损失。这种电池结构已被广泛应用于传统无机太阳能电池，考虑到有机半导体窄吸收峰的独特特性，叠层电池会使有机太阳能电池得性能得到更有效的提升。

       最近，中科院化学所有机固体院重点实验室李永舫课题组孟磊博士等设计制备了高效的有机叠层太阳能电池，获得隶属于美国能源部的美国国家可再生能源实验室（NREL）的测量与认证，得到能量转化效率为14.2%的NREL认证的有机叠层太阳能电池效率的最高纪录，并在NREL最新发布的Best Research-Cell Efficiencies图的有机叠层太阳能电池（Organic tandem cells）效率曲线最高点上标注了ICCAS（如下图所示）。该器件利用非富勒烯受体材料在近红外区具有宽而强吸收的特点，在保持低的能量损失下确保更充分的太阳光谱吸收，为叠层电池光伏材料的选择以及器件设计提供了新的思路。

 

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李永舫院士《化学原理》课程入选2019年北京高校"优质本科课程"名单

李永舫院士在中国科学院大学教授的本科专业课程《化学原理》入选2019年北京高校"优质本科课程"名单，并且列为重点课程。

 

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