近年來，有機(jī)太陽能電池（OPV）領(lǐng)域取得了迅猛的發(fā)展，其光電轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)突破了15%，展現(xiàn)了光明的應(yīng)用前景。從光活性材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)理解OPV中電荷轉(zhuǎn)移機(jī)理，特別是低能量損失下激子解離的驅(qū)動力來源，對于設(shè)計(jì)新穎材料提高電池性能具有重要的意義。
在中國科學(xué)院和國家自然科學(xué)基金委的支持下，中科院化學(xué)所高分子物理與化學(xué)實(shí)驗(yàn)室侯劍輝研究員課題組的姚惠峰博士等人，開展了有機(jī)光伏分子化學(xué)結(jié)構(gòu)與電荷產(chǎn)生機(jī)理間構(gòu)效關(guān)系的相關(guān)研究。在前期的工作中(Chin. J. Chem. 2018, 36, 491-494)，研究人員發(fā)現(xiàn)OPV中電子給體和電子受體的分子表面靜電勢（ESP）存在較大的差異，促進(jìn)了電荷的高效生成。
圖 ESP差異促進(jìn)電荷轉(zhuǎn)移態(tài)的形成
最近，姚惠峰博士等人設(shè)計(jì)了新穎的聚合物給體材料PTO2并詳細(xì)研究了分子表面ESP對電荷轉(zhuǎn)移過程的影響機(jī)制。研究的結(jié)果表明，PTO2與非富勒烯受體材料IT-4F存在顯著的ESP差異，相應(yīng)的分子間電場提供了激子解離的驅(qū)動力，促進(jìn)了電荷轉(zhuǎn)移，基于此的電池具有高效的電荷生成效率；而在PTO2與富勒烯衍生物受體的界面，ESP的差異相對較小，電荷轉(zhuǎn)移需要額外電場的輔助。另外，研究人員與瑞典林雪平大學(xué)和隆德大學(xué)的合作者在器件和光物理方面開展了相應(yīng)的研究，對ESP理論具有重要的支撐。該工作建立了分子結(jié)構(gòu)與電荷轉(zhuǎn)移過程的聯(lián)系，為高效率光伏材料的設(shè)計(jì)提供了全新的思路，相關(guān)研究工作發(fā)表在近期的J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 7743-7750，文章第一作者是姚惠峰博士。
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