長春應(yīng)化所在全高分子太陽能電池領(lǐng)域取得系列進展

　　在光能轉(zhuǎn)化為電能方面，全高分子太陽能電池采用p型高分子半導(dǎo)體（給體）和n型高分子半導(dǎo)體（受體）的共混物作為活性層，與傳統(tǒng)的無機太陽能電池相比，具有柔性、成本低、重量輕的突出優(yōu)點，已成為太陽能電池研究的重要方向之一。但是，n型高分子半導(dǎo)體的種類和數(shù)量遠遠少于p型高分子半導(dǎo)體，因此開發(fā)n型高分子半導(dǎo)體材料是發(fā)展全高分子太陽能電池的核心。 

　　中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所高分子物理與化學(xué)國家重點實驗室劉俊課題組，提出采用硼氮配位鍵(B←N)降低共軛高分子的LUMO/HOMO能級，發(fā)展n型高分子半導(dǎo)體的策略，并發(fā)展出兩類含硼氮配位鍵的n型高分子半導(dǎo)體受體材料，其全高分子太陽能電池器件效率與經(jīng)典的酰亞胺類n型高分子半導(dǎo)體相近。 

　　該課題組首先闡明了硼氮配位鍵降低共軛高分子LUMO/HOMO能級的基本原理，首次將硼氮配位鍵引入到n型高分子半導(dǎo)體的分子設(shè)計中（Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 3648）。進而提出了兩種用硼氮配位鍵設(shè)計n型高分子半導(dǎo)體受體材料的分子設(shè)計方法：一是在共軛高分子的重復(fù)單元中，用一個硼氮配位鍵取代碳碳共價鍵，使共軛高分子的LUMO/HOMO能級同時降低0.5–0.6eV，將常見的p型高分子半導(dǎo)體給體材料轉(zhuǎn)變?yōu)?span style="font-size: 12pt; line-height: 150%">n型高分子半導(dǎo)體受體材料（Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 5313）；二是先設(shè)計基于硼氮配位鍵的新型缺電子單元——雙硼氮橋聯(lián)聯(lián)吡啶，再用于構(gòu)建n型高分子半導(dǎo)體受體材料（Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 1436）。 

　　研究表明，硼氮配位鍵n型高分子半導(dǎo)體具有LUMO軌道離域，LUMO能級可調(diào)的特點（Chem. Sci., 2016, 7, 6197）。基于該獨特的電子結(jié)構(gòu)，在得到全高分子太陽電池器件效率6%的同時，實現(xiàn)了光子能量損失0.51 eV，突破了傳統(tǒng)有機太陽能電池光子能量損失最小值0.6eV的極限，也是已知文獻報道的最低值（Adv. Mater., 2016, 28, 6504) 。 

　　該工作獲得了科技部973項目、國際自然科學(xué)基金和中科院先導(dǎo)計劃等項目的資助。

（光電功能高分子組） 

全高分子太陽能電池領(lǐng)域取得系列進展