西安科技大學李宇翔副教授課題組致力于高效有機太陽能電池材料與器件研究工作

西安科技大學李宇翔副教授課題組致力于高效有機太陽能電池材料與器件研究工作 2022-10-31 10:59

有機太陽能電池(OSCs)作為一種綠色清潔的光電轉換技術，具有質輕、成本低、可實現半透明和柔性大面積印刷制備等優點，成為新型清潔能源領域的一個重要研究方向,受到學術界和產業界的廣泛關注。近年來，得益于稠環類小分子受體(SMAs)材料和聚合物材料的快速發展，OSCs已實現超過19%的能量轉換效率(PCE)。

在國家自然科學基金、陜西省自然科學基金及陜西省高層次人才項目的支持下，西安科技大學李宇翔副教授課題組聚焦有機光電材料與器件研究領域，近五年來，主要開展了一系列關于小分子和聚合物受體的太陽能電池材料設計合成和器件方面的研究工作。主要從調控非稠環小分子受體聚集模式，優化鹵素修飾聚合物骨架，稠環類小分子受體聚合化等方面對活性層的大尺度相分離結構進行系統研究，實現了有機太陽能電池性能的明顯提升。

代表性工作如下：

針對非稠環非富勒烯受體材料，進行聚集模式的調控設計，系統地改變A-D-A’-D-A框架中的π橋（D）單元和中心核（A’）單元，開發了具有三種不同聚集傾向的非稠環小分子受體材料并應用于有機光伏器件。研究結果表明改變橋連基團及中心核單元能夠有效調整非富勒烯受體材料的分子聚集和結晶模式，從而利于激子解離和電荷傳輸。最終，基于BCIC2F的光伏器件表現出高達12.4%的能量轉化效率。該研究成果為推動高效的非稠環非富勒烯受體材料的發展提供了新思路。( ChemSusChem. ,2021, 14, 3579-3589.)

通過改變中心核和π間隔基的策略進行新型聚合物受體分子的設計與合成，將不同種類的鹵素引入到聚合物受體中，使聚合物受體的電子遷移率和薄膜形態有顯著的改善。該工作為進一步開發高性能聚合物受體提供了新思路，并強調了在聚合物太陽能電池中，窄帶隙吸收和最佳活性層形貌對于提高短路電流密度具有同等重要性。( Chem.Engin. J. , 2022, 428, 131232.)

采用鹵素修飾的共軛骨架為策略，設計并合成了高效的n-型受體聚合物材料并應用于全聚合物太陽能電池器件。研究結果表明，鹵素修飾的方式有效地改善了全聚合物中電荷傳輸和混合薄膜的相分離，能夠明顯優化太陽能光伏器件的短路電流和填充因子，進而提高器件的能量轉換效率，最高能量轉換效率可達到7.11%。該研究證實了鹵素修飾骨架策略可以提升全聚合物太陽能電池(all-PSCs)性能，為構筑新型高性能聚合物受體材料提供了新的策略。 (A CSAppl. Mater. Interfaces,2020, 12, 33028-33038.)

西安科技大學李宇翔課題組采用結構調整和規整控制的方法設計了一系列新型高效窄帶隙聚合物受體材料，研究表明集成“SMAs聚合化”和“區域規整”的策略不僅成功解決了此類聚合物普遍存在的區域異構問題，而且有效地增強了分子的π-電子離域和沿主鏈方向上的堆積特性，由此進一步拓寬了光譜吸收和提升了電荷在三維方向上的傳輸，最終實現了高達24.7mA/cm²的短路電流和低至 0.51eV 的能量損失,其PCE躍至15.8%( 文章報道時的二元 all-PSCs 的效率最高值 ) 。這項工作不僅為all-PSC領域增加了一位新成員，也為設計和開發高性能聚合物受體提供了一種新的策略。

(J.Am. Chem. Soc., 2021, 143,2665-2670.Macromol.Rapid Commun.,2022, 2200062.)

最近，針對全聚合物太陽能電池的最新研究進展，團隊成員總結了基于聚合小分子型受體（PSMAs）策略而設計及合成的新型聚合物受體材料發展歷程，重點提出將PSMAs與精準控制的區域規整相結合可以賦予新型聚合物受體良好的吸收，優良的主鏈有序及優異的混合形態；此外，這種集成策略解決了其合成及器件性能的可重復性問題。該工作對如何進一步實現高性能all-PSCs展開重點討論，以聚合物受體結構設計、薄膜形貌控制和聚合物給體選擇為出發點分析了all-PSCs目前面臨挑戰和未來應用前景。從多個角度共同努力，進一步縮小基于SMAs和PSMAs的有機太陽能電池之間的性能差距，有望真正實現all-PSCs領域發展與實現商業應用。( InfoMat ,2021, 4, e12271.)

李宇翔副教授/碩士生導師

2013.02~2018. 03就讀于韓國國立釜山大學(碩博連讀)，獲得工學博士學位，師從Prof.Han Young Woo，研究領域：有機光電材料與器件。 2015.09 ~ 2018. 02任高麗大學化學系助理研究員，2019.10~ 2021.10在香港城市大學化學系進行博士后聯合培養，師從歐洲科學院院士Prof.Alex K.-Y. Jen (任廣禹教授)。 2018年4月起加入西安科技大學材料科學與工程學院任副教授。

李宇翔博士團隊主要聚焦于有機光電材料與器件的研究工作，以有機光電材料的設計與合成為核心，并以此為基礎進行科學技術外延及內涵的智能器件研究。將開發具有創新性的高性能有機光電材料基礎研究與推動商業化的應用研究結合起來。從降低能耗，提高可再生能源的利用率，以及開發有機生物電子材料等方面來解決可持續發展中能源問題并促進相關技術的發展。近5年，團隊致力于有機太陽能電池，有機場效應晶體管和有機電化學晶體管材料的設計、合成與器件研究工作，發表國內外高水平科研論文30余篇，分別收錄于：Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．（ＥＳＩ高被引和熱點論文），ＩｎｆｏＭａｔ，Ａｄｖ．Ｆｕｎｃｔ．Ｍａｔｅｒ．，Ａｄｖ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｍａｔｅｒ．，Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇｉｎ．Ｊ．，Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｃｈｅｍ．Ａ，Ｓｃｉ．ＣｈｉｎａＣｈｅｍ．，Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，ＣｈｅｍＳｕｓＣｈｅｍ．，ＡＣＳＡｐｐｌ．Ｍａｔｅｒ．Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ，Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｃｈｅｍ．Ｃ，ＳｍａｌｌＭｅｔｈｏｄｓ，Ｐｏｌｙ．Ｃｈｅｍ．等國內外著名學術期刊。李宇翔博士先后獲得2019年國家“香江學者計劃”項目，2018年陜西省高層次人才計劃項目，2017年國家優秀自費留學生獎學金等資助和榮譽。

有機小分子給體材料

LY：1682318，ProZn

有機小分子受體材料

LY：1685373，Y6-BO-4F	LY：1685630， Z-HD-4F

LY：1687715，Z-DT-2Br-γ	LY：1687717，Z-DT-2Br-γ

更多有機太陽能電池材料產品，請點擊：

Select Your Country or Region

西安科技大學李宇翔副教授課題組致力于高效有機太陽能電池材料與器件研究工作 2022-10-31 10:59