有机太阳能电池专刊

有机太阳能电池专刊

面对即将到来的化石能源危机，发展可再生能源技术是最直接有效的应对途径。当前，光伏发电是代表性的绿色可持续能源技术。随着技术的进步和升级，作为第三代光伏技术的代表之一，有机太阳能电池以其制造简单、灵活性强、重量轻及带隙可调等独特优势受到了学术界和工业界的广泛关注。经过多年的发展，有机太阳能电池单结器件的能量转换效率已接近20%，而串联结构的能量转换效率已超过20%，已经在光伏建筑一体化、可穿戴便携式设备、新能源汽车及物联网等领域展现出广阔的应用前景。基于有机太阳能电池蓬勃发展的态势和应用投产的功能需求，我们策划组织了本期“有机太阳能电池”专辑，共包含7篇综合评述和13篇研究论文，系统介绍了有机太阳能电池在材料设计与合成、性能表征与机理、器件结构与工艺以及应用需求与拓展等方面的研究进展，力求全面、客观、准确、前沿地为各领域内读者呈现有机太阳能电池研究领域的最新进展和发展方向。

在当前有机太阳能电池发展阶段，材料结构与合成策略的设计仍然是该领域的研发基础。中国科学院重庆绿色智能技术研究院肖泽云研究员、北京化工大学谭占鳌教授、北京化工大学刘瑶教授与他们的合作者分别就基于苯并二噻吩(BDT)及其衍生物的小分子给体、金属配合物、电活性紫罗烯在有机太阳能领域的研究进展进行了系统的回顾与展望。材料结构与有机太阳能电池光电性能具有密不可分的关系，新型材料的开发仍然是提升性能的关键。兰州大学张浩力教授及其合作者设计合成了作为三元电池第三组分的高结晶型宽带隙新型给体材料DRDTBT; 北京科技大学张少青副教授及其合作者设计合成了受体1-受体2(A1-A2)型结构的新型共轭聚合物给体PDTz-BDD; 中国科学院纳米系统与多级次制造重点实验室吕琨研究员及其合作者基于Y6分子开发了一种具有高LUMO 能级的“Z”分子构型受体ZNT; 天津大学费竹平教授及其合作者设计合成了新型芳环取代的酰亚胺结构的端基，并将其用于制备A-DA′D-A 型受体分子; 内蒙古师范大学詹传郎教授及其合作者基于苯并三氮唑稠环单元设计合成了p-型聚合物并通过骨架噻吩和硒吩策略实现了对聚合物吸收及带隙的精细调控。这些新型分子结构的开发不仅为讨论器件性能提升途径提供了材料基础，同时也为高性能材料的探索拓展了设计方向。

随着对有机太阳能电池性能机理的深入探究，分子聚集态对于光吸收、激子解离和电荷传输等光电转换过程的决定作用得到了认识。武汉理工大学王涛教授及其合作者对有机太阳能电池非富勒烯电子受体材料在分子及微纳尺度下的多级聚集体形态进行了全面的介绍，并对未来高性能非富勒烯电子受体的结构设计和聚集调控进行了总结和展望。基于此，调控分子聚集态成为提升有机太阳能电池性能的有效手段。南开大学陈永胜教授及其合作者通过调控烷基链取代位置控制分子的聚集趋势来精细调控活性层的形貌; 华南理工大学黄飞教授及其合作者通过将不同烷基侧链引入至BTI 单元调控聚集形貌以获得更高的能量转换效率; 武汉大学陈兴国教授及其合作者通过相同共轭骨架中不同位点引入不同侧链，对相应小分子非富勒烯受体的结晶聚集态进行调控;华南理工大学解增旗教授及其合作者通过定位末端烷基链分叉位置对PBI 线性二联体的堆积模式进行控制，发现需要尽量减少活性层中的多种聚集结构共存以免引起激子解离受限以及载流子传输迟滞; 华南理工大学彭小彬教授及其合作者将IDIC 分子引入三元太阳能电池体系，优化了共混膜的形貌, 调整了分子取向，提升了器件性能。这些研究展现了多种调控有机太阳能电池的聚集态的途径，从多个角度探讨了分子聚集态对器件性能的影响，为高性能材料的设计提供了有益的参考。

有机太阳能电池效率与器件形貌息息相关，而除了受到分子聚集状态的影响外，器件形貌也可以通过制备工艺进行控制。天津大学叶龙教授及其合作者评述了高效率有机光伏活性层薄膜的力学性能调整策略, 并概述了其力学性能的理论预测模型，并对有机光电薄膜未来的研究趋势进行了展望; 江西师范大学陈义旺教授及其合作者发现利用相容性差异以及顺序沉积工艺可以有效调控薄膜活性层的相分离形貌; 中国科学院大学张弘副研究员及其合作者将β-丙氨酸作为有机太阳能电池双重修饰添加剂改善修饰后器件的载流子迁移率; 苏州大学崔超华教授及其合作者则通过溶剂添加剂1-氯萘和二硫化碳溶剂退火协同优化了基于窄带隙小分子受体的厚膜活性层形貌,揭示了该策略对共混膜形貌的调控机理, 研究了其对活性层中的载流子动力学以及器件光伏性能的影响; 常州大学宋欣副教授及其合作者系统总结了非卤素及卤素型挥发固体添加剂调控有机太阳能电池形貌和光伏性能的研究现状，深入讨论了挥发固体添加剂优化活性层形貌的不同机理,包括分子间吸附能、给体与受体的相互作用、晶体成核和生长, 分析了挥发固体添加剂策略所面临的挑战和未来的发展趋势。

为了实现应用需求，半透明有机太阳能电池是最具前景的新能源技术。然而，半透明电池的能量转换效率和平均可见光透过率的均衡调谐仍是一个问题。理想的高性能半透明有机太阳能电池，需要在选择性吸收和利用非可见光谱的光子转换为电能的同时，透过可见光谱区域光子实现透光，并保持良好的审美观感和颜色纯度。浙江大学陈红征教授及其合作者从活性层调控策略、器件工程和多功能等多个角度，讨论和总结了实现高性能半透明有机太阳能电池的途径，为推进这一具有前景的能源技术的研究和发展提供有益的参考和建议; 中国科学院化学研究所朱晓张研究员及其合作者分别从半透明器件的理论模型、活性层材料设计和器件光学修饰等角度综合评述了近期半透明有机光伏的重要进展, 为未来器件性能的优化提供了参考。

我们希望通过本专刊为领域内科研人员提供学术交流和沟通平台的同时，也为领域外读者提供了全面而深入了解有机太阳能电池研究的独特视角，希望本专刊能够推动更多的科研人员参与到有机太阳能电池领域的研究中，进一步拓展有机太阳能电池在各个应用领域的前沿发展潜力。

我们也非常荣幸能作为此专刊的客座编辑与广大读者介绍并分享有机太阳能电池领域的前沿发展方向以及众多专家学者的独特见解. 在此，我们特别感谢所有作者、审稿人和《高等学校化学学报》编辑部的工作人员对专刊出版做出的重要贡献!我们非常荣幸能作为此专刊的客座编辑与广大读者分享中国学者在有机太阳能电池领域所取得的最新研究进展. 在此，特别感谢所有作者、审稿人和《高等学校化学学报》编辑部的工作人员对本专刊的出版所做出的重要贡献!

客座编辑：李永舫，陈红征，朱晓张，何凤

2023年9月

李永舫 1977级大学，1982年在华东化工学院(现华东理工大学)获硕士学位，1986年在复旦大学获博士学位；1986～1988年中科院化学所博士后；1988年博士后出站后留化学所工作，1993年晋升研究员. 2012年受聘苏州大学材料与化学化工学部教授. 曾于1988～1991年到日本分子科学研究所和1997～1998年到美国加州大学圣巴巴拉分校(UCSB)进行访问研究. 2013年当选中科院院士. 现任《高分子通报》主编、《中国科学 化学》副主编. 主要研究方向是聚合物太阳电池光伏材料和器件. 已发表研究论文900多篇，国内外学术会议大会报告和邀请报告140多次. 发表论文已被SCI他人引用7万2千余次，h-因子134. 两度获国家自然科学二等奖[1995年“导电聚吡咯的研究”(排名第二)和2018年“带共轭侧链的聚合物给体和茚双加成富勒烯受体光伏材料”(排名第一)]，2005年和2018年分别获得北京市科学技术奖一等奖和二等奖(均排名第一). 1998年获人事部授予“中青年有突出贡献专家”称号. 入选科睿唯安(Clarivate Analytics)发布的2014年材料科学领域以及2015～2022年材料科学和化学两个领域Highly cited researchers 名单.

陈红征 1988年浙江大学本科毕业，1994年浙江大学博士毕业后留校任教，1999年晋升为教授，2011年受聘为浙江大学求是特聘教授. 先后在香港科技大学、比利时Antewerp 大学和欧洲高校联合微电子中心、美国Stanford 大学进行合作研究. 在Nature Nanotechnology, Adv. Mater.,J. Am. Chem. Soc.等期刊发表论文574篇，他引24038次，入选科睿唯安高被引科学家；专著1部；授权国家发明专利60项. 兼任美国化学会期刊《ACS Applied Polymer Materials》和中国化学会期刊《高分子通报》副主编、《Chinese Journal of Polymer Science》和《材料研究学报》期刊编委等.

朱晓张 2001年毕业于吉林大学化学系, 获得学士学位，2006年毕业于中科院化学所获得博士学位，2006年～2012年先后在德国乌尔姆大学和日本东京大学从事博士后研究，2012年回国加入化学所有机固体院重点实验室，任研究员，2015年起兼任中国科学院大学岗位教授，现为德国Thieme 出版社Organic Materials 杂志副主编、高等学校化学学报青年编委. 曾获得中国科学院“优秀毕业生”荣誉称号、德国洪堡奖学金、日本学术振兴会奖学金、日本化学会“The Distinguished Lectureship Award”，入选中组部青年千人计划，获得基金委国家杰出青年科学基金资助. 主要从事有机光电功能材料与器件研究，针对传统共轭扩展设计和推拉电子设计在光电性能上的局限性，提出了结合芳香和醌式共振各自优势的材料设计新思路，发展了拥有自主知识产权、可应用于光伏、热电、发光和光探测等领域的醌型有机光电材料新体系，构筑了高性能有机光电功能器件. 自开展独立研究以来，作为通讯作者发表SCI 论文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，全部论文总引用近6000余次，其中2篇论文被ESI 收录为热点论文，12篇论文被ESI 收录为高被引用论文，授权中国发明专利11项.

何凤 南方科技大学化学系教授，国家杰出青年基金获得者. 于2002年和2007年毕业于吉林大学并获学士和博士学位，师从马於光教授；其后先后加入加拿大多伦多大学Mitchell A. Winnik 教授、英国布里斯托尔大学Ian Manners 教授和美国芝加哥大学Luping Yu 教授研究团队从事博士后研究；2012年起，作为高级研究员先后加入美国Nano-C, Inc.公司和美国Polyera Corp.公司进行研发工作. 2014年加入南方科技大学开展教学和研究工作，主要围绕有机功能材料分子间非共价相互作用调控研究，并在有机光伏材料和聚合物二维三维自组装微纳材料等方向拓展了其应用，在Joule, J. Am. Chem. Soc., Nat. Commun., Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Edit.以及CCS Chem.等国际顶尖专业杂志上已发表论文超过160篇，并授权多项美国和中国发明专利. 曾入选国家特聘专家（青年)项目，2019年获得中国化学会氯元素代言青年科学家.