有機太陽能電池?？?/p>

面對即將到來的化石能源危機，發(fā)展可再生能源技術是最直接有效的應對途徑。當前，光伏發(fā)電是代表性的綠色可持續(xù)能源技術。隨著技術的進步和升級，作為第三代光伏技術的代表之一，有機太陽能電池以其制造簡單、靈活性強、重量輕及帶隙可調等獨特優(yōu)勢受到了學術界和工業(yè)界的廣泛關注。經過多年的發(fā)展，有機太陽能電池單結器件的能量轉換效率已接近20%，而串聯結構的能量轉換效率已超過20%，已經在光伏建筑一體化、可穿戴便攜式設備、新能源汽車及物聯網等領域展現出廣闊的應用前景。基于有機太陽能電池蓬勃發(fā)展的態(tài)勢和應用投產的功能需求，我們策劃組織了本期“有機太陽能電池”專輯，共包含7篇綜合評述和13篇研究論文，系統介紹了有機太陽能電池在材料設計與合成、性能表征與機理、器件結構與工藝以及應用需求與拓展等方面的研究進展，力求全面、客觀、準確、前沿地為各領域內讀者呈現有機太陽能電池研究領域的最新進展和發(fā)展方向。

在當前有機太陽能電池發(fā)展階段，材料結構與合成策略的設計仍然是該領域的研發(fā)基礎。中國科學院重慶綠色智能技術研究院肖澤云研究員、北京化工大學譚占鰲教授、北京化工大學劉瑤教授與他們的合作者分別就基于苯并二噻吩(BDT)及其衍生物的小分子給體、金屬配合物、電活性紫羅烯在有機太陽能領域的研究進展進行了系統的回顧與展望。材料結構與有機太陽能電池光電性能具有密不可分的關系，新型材料的開發(fā)仍然是提升性能的關鍵。蘭州大學張浩力教授及其合作者設計合成了作為三元電池第三組分的高結晶型寬帶隙新型給體材料DRDTBT; 北京科技大學張少青副教授及其合作者設計合成了受體1-受體2(A1-A2)型結構的新型共軛聚合物給體PDTz-BDD; 中國科學院納米系統與多級次制造重點實驗室呂琨研究員及其合作者基于Y6分子開發(fā)了一種具有高LUMO 能級的“Z”分子構型受體ZNT; 天津大學費竹平教授及其合作者設計合成了新型芳環(huán)取代的酰亞胺結構的端基，并將其用于制備A-DA′D-A 型受體分子; 內蒙古師范大學詹傳郎教授及其合作者基于苯并三氮唑稠環(huán)單元設計合成了p-型聚合物并通過骨架噻吩和硒吩策略實現了對聚合物吸收及帶隙的精細調控。這些新型分子結構的開發(fā)不僅為討論器件性能提升途徑提供了材料基礎，同時也為高性能材料的探索拓展了設計方向。

隨著對有機太陽能電池性能機理的深入探究，分子聚集態(tài)對于光吸收、激子解離和電荷傳輸等光電轉換過程的決定作用得到了認識。武漢理工大學王濤教授及其合作者對有機太陽能電池非富勒烯電子受體材料在分子及微納尺度下的多級聚集體形態(tài)進行了全面的介紹，并對未來高性能非富勒烯電子受體的結構設計和聚集調控進行了總結和展望?；诖?，調控分子聚集態(tài)成為提升有機太陽能電池性能的有效手段。南開大學陳永勝教授及其合作者通過調控烷基鏈取代位置控制分子的聚集趨勢來精細調控活性層的形貌; 華南理工大學黃飛教授及其合作者通過將不同烷基側鏈引入至BTI 單元調控聚集形貌以獲得更高的能量轉換效率; 武漢大學陳興國教授及其合作者通過相同共軛骨架中不同位點引入不同側鏈，對相應小分子非富勒烯受體的結晶聚集態(tài)進行調控;華南理工大學解增旗教授及其合作者通過定位末端烷基鏈分叉位置對PBI 線性二聯體的堆積模式進行控制，發(fā)現需要盡量減少活性層中的多種聚集結構共存以免引起激子解離受限以及載流子傳輸遲滯; 華南理工大學彭小彬教授及其合作者將IDIC 分子引入三元太陽能電池體系，優(yōu)化了共混膜的形貌, 調整了分子取向，提升了器件性能。這些研究展現了多種調控有機太陽能電池的聚集態(tài)的途徑，從多個角度探討了分子聚集態(tài)對器件性能的影響，為高性能材料的設計提供了有益的參考。

有機太陽能電池效率與器件形貌息息相關，而除了受到分子聚集狀態(tài)的影響外，器件形貌也可以通過制備工藝進行控制。天津大學葉龍教授及其合作者評述了高效率有機光伏活性層薄膜的力學性能調整策略, 并概述了其力學性能的理論預測模型，并對有機光電薄膜未來的研究趨勢進行了展望; 江西師范大學陳義旺教授及其合作者發(fā)現利用相容性差異以及順序沉積工藝可以有效調控薄膜活性層的相分離形貌; 中國科學院大學張弘副研究員及其合作者將β-丙氨酸作為有機太陽能電池雙重修飾添加劑改善修飾后器件的載流子遷移率; 蘇州大學崔超華教授及其合作者則通過溶劑添加劑1-氯萘和二硫化碳溶劑退火協同優(yōu)化了基于窄帶隙小分子受體的厚膜活性層形貌,揭示了該策略對共混膜形貌的調控機理, 研究了其對活性層中的載流子動力學以及器件光伏性能的影響; 常州大學宋欣副教授及其合作者系統總結了非鹵素及鹵素型揮發(fā)固體添加劑調控有機太陽能電池形貌和光伏性能的研究現狀，深入討論了揮發(fā)固體添加劑優(yōu)化活性層形貌的不同機理,包括分子間吸附能、給體與受體的相互作用、晶體成核和生長, 分析了揮發(fā)固體添加劑策略所面臨的挑戰(zhàn)和未來的發(fā)展趨勢。

為了實現應用需求，半透明有機太陽能電池是最具前景的新能源技術。然而，半透明電池的能量轉換效率和平均可見光透過率的均衡調諧仍是一個問題。理想的高性能半透明有機太陽能電池，需要在選擇性吸收和利用非可見光譜的光子轉換為電能的同時，透過可見光譜區(qū)域光子實現透光，并保持良好的審美觀感和顏色純度。浙江大學陳紅征教授及其合作者從活性層調控策略、器件工程和多功能等多個角度，討論和總結了實現高性能半透明有機太陽能電池的途徑，為推進這一具有前景的能源技術的研究和發(fā)展提供有益的參考和建議; 中國科學院化學研究所朱曉張研究員及其合作者分別從半透明器件的理論模型、活性層材料設計和器件光學修飾等角度綜合評述了近期半透明有機光伏的重要進展, 為未來器件性能的優(yōu)化提供了參考。

我們希望通過本?？癁轭I域內科研人員提供學術交流和溝通平臺的同時，也為領域外讀者提供了全面而深入了解有機太陽能電池研究的獨特視角，希望本?？軌蛲苿痈嗟目蒲腥藛T參與到有機太陽能電池領域的研究中，進一步拓展有機太陽能電池在各個應用領域的前沿發(fā)展?jié)摿Α?/p>

我們也非常榮幸能作為此?？目妥庉嬇c廣大讀者介紹并分享有機太陽能電池領域的前沿發(fā)展方向以及眾多專家學者的獨特見解. 在此，我們特別感謝所有作者、審稿人和《高等學?；瘜W學報》編輯部的工作人員對?？霭孀龀龅闹匾暙I!我們非常榮幸能作為此?？目妥庉嬇c廣大讀者分享中國學者在有機太陽能電池領域所取得的最新研究進展. 在此，特別感謝所有作者、審稿人和《高等學?；瘜W學報》編輯部的工作人員對本?？某霭嫠龀龅闹匾暙I!

客座編輯：李永舫，陳紅征，朱曉張，何鳳

2023年9月

李永舫 1977級大學，1982年在華東化工學院(現華東理工大學)獲碩士學位，1986年在復旦大學獲博士學位；1986～1988年中科院化學所博士后；1988年博士后出站后留化學所工作，1993年晉升研究員. 2012年受聘蘇州大學材料與化學化工學部教授. 曾于1988～1991年到日本分子科學研究所和1997～1998年到美國加州大學圣巴巴拉分校(UCSB)進行訪問研究. 2013年當選中科院院士. 現任《高分子通報》主編、《中國科學 化學》副主編. 主要研究方向是聚合物太陽電池光伏材料和器件. 已發(fā)表研究論文900多篇，國內外學術會議大會報告和邀請報告140多次. 發(fā)表論文已被SCI他人引用7萬2千余次，h-因子134. 兩度獲國家自然科學二等獎[1995年“導電聚吡咯的研究”(排名第二)和2018年“帶共軛側鏈的聚合物給體和茚雙加成富勒烯受體光伏材料”(排名第一)]，2005年和2018年分別獲得北京市科學技術獎一等獎和二等獎(均排名第一). 1998年獲人事部授予“中青年有突出貢獻專家”稱號. 入選科睿唯安(Clarivate Analytics)發(fā)布的2014年材料科學領域以及2015～2022年材料科學和化學兩個領域Highly cited researchers 名單.

陳紅征 1988年浙江大學本科畢業(yè)，1994年浙江大學博士畢業(yè)后留校任教，1999年晉升為教授，2011年受聘為浙江大學求是特聘教授. 先后在香港科技大學、比利時Antewerp 大學和歐洲高校聯合微電子中心、美國Stanford 大學進行合作研究. 在Nature Nanotechnology, Adv. Mater.,J. Am. Chem. Soc.等期刊發(fā)表論文574篇，他引24038次，入選科睿唯安高被引科學家；專著1部；授權國家發(fā)明專利60項. 兼任美國化學會期刊《ACS Applied Polymer Materials》和中國化學會期刊《高分子通報》副主編、《Chinese Journal of Polymer Science》和《材料研究學報》期刊編委等.

朱曉張 2001年畢業(yè)于吉林大學化學系, 獲得學士學位，2006年畢業(yè)于中科院化學所獲得博士學位，2006年～2012年先后在德國烏爾姆大學和日本東京大學從事博士后研究，2012年回國加入化學所有機固體院重點實驗室，任研究員，2015年起兼任中國科學院大學崗位教授，現為德國Thieme 出版社Organic Materials 雜志副主編、高等學?；瘜W學報青年編委. 曾獲得中國科學院“優(yōu)秀畢業(yè)生”榮譽稱號、德國洪堡獎學金、日本學術振興會獎學金、日本化學會“The Distinguished Lectureship Award”，入選中組部青年千人計劃，獲得基金委國家杰出青年科學基金資助. 主要從事有機光電功能材料與器件研究，針對傳統共軛擴展設計和推拉電子設計在光電性能上的局限性，提出了結合芳香和醌式共振各自優(yōu)勢的材料設計新思路，發(fā)展了擁有自主知識產權、可應用于光伏、熱電、發(fā)光和光探測等領域的醌型有機光電材料新體系，構筑了高性能有機光電功能器件. 自開展獨立研究以來，作為通訊作者發(fā)表SCI 論文100余篇，包括Nat.Energy，Acc. Chem. Res.，Chem. Soc. Rew., Adv. Mater.，Chem.，J. Am. Chem. Soc.，Angew.Chem. Int. Ed., CCS Chem.等，全部論文總引用近6000余次，其中2篇論文被ESI 收錄為熱點論文，12篇論文被ESI 收錄為高被引用論文，授權中國發(fā)明專利11項.

何鳳 南方科技大學化學系教授，國家杰出青年基金獲得者. 于2002年和2007年畢業(yè)于吉林大學并獲學士和博士學位，師從馬於光教授；其后先后加入加拿大多倫多大學Mitchell A. Winnik 教授、英國布里斯托爾大學Ian Manners 教授和美國芝加哥大學Luping Yu 教授研究團隊從事博士后研究；2012年起，作為高級研究員先后加入美國Nano-C, Inc.公司和美國Polyera Corp.公司進行研發(fā)工作. 2014年加入南方科技大學開展教學和研究工作，主要圍繞有機功能材料分子間非共價相互作用調控研究，并在有機光伏材料和聚合物二維三維自組裝微納材料等方向拓展了其應用，在Joule, J. Am. Chem. Soc., Nat. Commun., Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Edit.以及CCS Chem.等國際頂尖專業(yè)雜志上已發(fā)表論文超過160篇，并授權多項美國和中國發(fā)明專利. 曾入選國家特聘專家（青年)項目，2019年獲得中國化學會氯元素代言青年科學家.