中科院在全高分子太陽能電池領域取得系列進展

中國科學院長春應用化學研究所的研究人員在n型高分子半導體的開發(fā)方面取得了系列進展，首次將硼氮配位鍵引入到n型高分子半導體的分子設計中，提出了采用硼氮配位鍵降低共軛高分子的LUMO（最低未占有分子軌道）/HOMO（最高已占有分子軌道）能級，以開發(fā)n型高分子半導體的策略，開發(fā)出了兩類含硼氮配位鍵的n型高分子半導體受體材料，其全高分子太陽能電池器件效率與傳統(tǒng)酰亞胺類n型高分子半導體相近，為全高分子太陽能電池的發(fā)展提供了支撐。

研究人員提出了兩種用硼氮配位鍵設計n型高分子半導體受體材料的分子設計方法：一是在共軛高分子的重復單元中，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0.5eV～0.6eV，將常見的p型高分子半導體給體材料轉(zhuǎn)變?yōu)閚型高分子半導體受體材料；二是先設計基于硼氮配位鍵的缺電子單元——雙硼氮橋聯(lián)聯(lián)吡啶，再用于構(gòu)建n型高分子半導體受體材料。

研究表明，硼氮配位鍵n型高分子半導體具有LUMO軌道離域、LUMO能級可調(diào)等特點。基于這種獨特的電子結(jié)構(gòu)，在獲得全高分子太陽電池器件效率6%的同時，實現(xiàn)了光子能量損失僅0.51eV，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。

(科 苑)