有机太阳能电池因质量轻,半透明和柔性等特有的优势,在光伏修建一体化、光伏农业、万物互联等范畴展示出宽广的使用远景。近年来,得益于新式光伏资料的开发和器材制备技能的优化,有机太阳能电池器材的光电转化功率已超越19%。但是,有机光伏范畴的明星受体资料一般具有大π的共轭体系,该类单元的选用必然添加组成难度及本钱,然后影响其商业化使用。现在,结构相对比较简略的彻底非稠环电子受体资料有望将高功能与低本钱合二为一,但仍缺少具体的分子结构-光伏功能的构效联系研讨。
宋金生教授研讨团队以寡聚噻吩为切入点,针对非稠环共轭长度、润饰基团等问题,经过单键相连构筑了三、四联噻吩骨架,报导了系列彻底非稠环电子受体(FNEAs)(Adv. Funct. Mater.,2021,31, 2101742,J. Mater. Chem. A,2023,11, 7498-7504),其间4T-3分子展示了优异的光伏功能-本钱效益质量因子。但是,其歪曲的分子骨架、多重的分子构象严峻约束了分子间高效电荷通道的构筑,致使短路电流密度(JSC)较低。因而,消除单键自在旋转的固有特点、完成单一的分子构象是构筑有用电荷传输通道和开展高功能FNEAs的要害途径。
针对以上问题,研讨团队提出了一种共价大环包裹的精准构筑战略,用于FNEAs资料的规划,组成了R4T-1受体分子。 单晶结构显现,共价包裹环能够完美地掩盖分子中心骨架,约束单键自在旋转、完成骨架的平面化、取得安稳的单一分子构象。本文所规划的简略四联噻吩(4T)的环包裹战略就能够取得与杂乱多元稠环在可见-近红外区域适当的吸收、严密有序的分子堆积,终究完成光电转化功率打破15%的有机光伏器材。其间,器材的JSC达到了25.48 mA/cm2,为现在已报导的FNEAs资猜中的最高值。“大环包裹”的分子规划战略不只取得了功能优异的FNEAs资料,一起也为FNEAs深化而体系的研讨供给了抱负且精准的分子研讨模型,更重要的是该战略将会助力有机光伏资料的简略化、实用化,然后走向实践使用(Angew. Chem. Int. Ed.2023, e202316495)。
纳米科学与工程研讨院博士研讨生申帅帅、2019级硕士研讨生米雨为论文榜首作者,宋金生教授为论文的通讯作者。本作业得到了国家自然科学基金、河南省杰出青年基金、华夏千人方案、河南省高校基础研讨方案要点科研专项、河南大学黄河学者发动经费等项目大力支撑。
团队简况:宋金生教授自2012年入职河南大学以来,先后掌管获批国家自然科学基金4项,取得河南省杰出青年基金,河南省高层次人才特别支撑方案“华夏青年优秀人才”,“黄河学者”,河南省教育厅学术技能带头人,河南省青年骨干教师,河南省高层次人才,河南省青少年科技教育精准服务试点专家等荣誉称号。现在,主要是做新式有机共轭资料、有机太阳能电池、柔性电子器材、共轭高分子化学等方面的研讨作业,在J. Am. Chem. Soc., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater.等期刊宣布SCI论文60余篇,获批专利3项,受邀与国表里学者合著太阳能电池范畴作品1部。