彭强教授等完成的“高效宽带隙有机聚合物太阳能电池关键材料及活性层形貌调控研究”获四川省自然科学奖一等奖

2020年12月29日，国家科技部中国科学技术信息研究所发布《中国卓越论文统计报告》，评选出“2019年中国百篇最具影响国际学术论文”。学院彭强教授课题组的研究论文是我校唯一入选的论文。该课题组论文已经连续两年入选“中国百篇最具影响国际学术论文”。

       据悉，本年度百篇最具影响国际学术论文是从2019年SCI收录的我国第一作者论文中选取。论文均来自2019年中国卓越国际科技论文。在选取百篇论文时，既考虑学科面的平衡，同时也向属于我国优势学科、重点发展领域、国际合作优先领域及研究热点的论文进行适度倾斜。在遴选时主要考虑原创性研究成果的论文，也适当选取一些被引次数较高的综述评论性论文，保证了论文的领先性和在学科中的相对优势。
        彭强教授长期从事有机聚合物太阳能电池、电致发光材料与器件和碳纳米材料与器件方面的研究，并取得了一系列重要的研究成果。先后获得英国皇家化学会会士，国家杰出青年基金，教育部新世纪优秀人才支持计划，四川省学术和技术带头人。英国皇家化学学会2018，2019年度Top1%中国高被引学者。近年来在Energy Environ. Sci., Adv. Mater.等国内外期刊上发表学术论文170余篇。主持或参与科技部重大研究计划、国家自然科学基金、科技部国际合作项目等30多项国家和省部级科研项目。
来源：http://blog.sciencenet.cn/blog-1557-1206721.html

题    目：宽带隙有机太阳能电池关键材料研究
报 告 人：彭强 教授（四川大学教授，博士生导师）
报告地点：国家纳米科学中心南楼二层会议室

报告摘要：有机太阳能电池由于器件制备工艺简单、低成本、重量轻、可柔性制作和大面积制作等优点，近年来成为新能源和新材料领域的研究热点。共混异质结电池是目前有机太阳能电池最主要的结构形式，而其中的活性层组分对于电池的效率和稳定性起着关键作用。活性层主要由共轭结构的有机聚合物给体材料与富勒烯衍生物或者共轭结构的有机聚合物受体材料通过物理共混而制备。所以有机聚合物给体材料和富勒烯衍生物或者非富勒烯受体材料被认为是有机聚合物太阳能电池的关键材料，一直是该领域的前沿热点课题。本报告中，我们将重点汇报近年来我们课题组面向高效率有机太阳能电池器件开展的宽带隙有机给体材料、非富勒烯受体材料方面的设计合成工作，同时探讨这些材料在单层器件、三元共混器件及叠层器件中的应用。我们的研究结果将为高效有机太阳能电池给、受体关键材料的分子设计提供参考。

报告人简介：彭强，四川大学教授，博士生导师。先后入选国家杰出青年基金，教育部新世纪优秀人才支持计划，四川省##计划，四川省学术和技术带头人，四川省杰出青年基金。研究领域涉及有机聚合物太阳能电池、电致发光和碳纳米材料与器件。近年来在Energy Eviron. Sci., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., J. Am. Chem. Soc., Adv. Funct. Mater., Nano Energy, ACS nano等国内外期刊上发表学术论文140余篇，SCI收录120余篇，IF大于10.0的有30篇，多篇入选ESI高被引论文和ESI热点论文， 多篇入选发表期刊的热点论文或封面论文，多篇被Material Views China等亮点介绍。撰写学术专著2章节，申请中国发明专利18项(已授权10项)。主持或者参与科技部重大研究计划、国家自然科学基金、科技部国际合作项目、教育部新世纪优秀人才支持计划项目等30多项国家和省部级科研课题。2009年获江西省高等学校科技成果二等奖(排名第1)，2010年获江西省自然科学奖二等奖（排名第1）。


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11月14日下午，四川大学彭强教授在常州大学材料楼219报告厅作了题为“有机聚合物太阳能电池关键材料研究”的学术报告，报告会由材料学院院长朱卫国主持，材料学院的部分师生参加了本次报告会。
报告会上，彭教授主要介绍了有机太阳能电池关键材料的研究进展。从有机太阳能电池的研究背景出发，给出了关键材料的基本要求和有机太阳能电池的特征参数，提出了活性层给、受体材料的关键问题，开发并设计了高性能宽带隙有机给体材料和小分子受体材料。随后，彭教授又对于如何提高聚合物给体材料的带隙提出了有关EDOT侧链工程策略和硒酚侧链工程策略，通过侧链的位阻作用提高器件的开路电压；对于如何提高小分子受体材料的带隙提出了低PDI平面扭曲结构和非PDI稠环（D-A1-A2）结构，从而提高太阳能电池的光电转换效率；对于有机太阳能电池阴极界面材料，澄清了末端极性基团对阴离子移动性、界面修饰及光伏性能的影响规律，并通过侧链自掺杂提高电子迁移率得到具有厚膜特性的有机阴极界面材料。
报告会结束后，在场的老师和研究生们针对报告中的一些内容与彭教授进行了深入交流。通过此次学术报告，同学们对有机聚合物太阳能电池关键材料的分子设计有了更加深入的了解，为学院开展相关学术研究工作起到了很好的促进作用。

Small Methods: 柔性核心骨架设计实现高性能非富勒烯受体材料及其器件填充因子和效率的提升

近年来，基于非富勒烯受体的有机太阳能电池研究备受关注。与传统富勒烯受体相比，非富勒烯受体具有能级可调、吸收范围宽、形貌稳定性好等优点，进一步推动了有机太阳能电池器件效率突破14%。目前报道的高性能的非富勒烯受体材料，如：ITIC、ITIC-Th、IT-M、IT-4F等，几乎都是基于刚性大稠环结构为核心骨架的D-A共轭小分子体系。刚性大稠环结构的使用实现了给、受体构筑单元的高度平面化，拓展了受体分子体系的π共轭，从而有利于改善目标材料的光谱吸收、提高其迁移率。但是大稠环骨架的合成步骤繁琐、产率较低、成本昂贵。为了改善受体分子的溶解性，一般需要通过sp3碳（硅、锗等）桥原子键接大体积烷基侧链。在这些分子的构型中，烷基侧链伸展到稠环核心骨架的共轭平面外，增大了目标材料分子堆积距离，抑制了分子间π-π轨道重叠，降低了其载流子迁移率。另外，过度刚性的核心稠环骨架也严重阻碍了受体材料与给体聚合物间的共混性，难以形成理想的纳米相分离形貌。

四川大学的彭强教授和徐云祥副教授课题组在前期报道的基于IDT大稠环核心骨架的小分子受体IDT-BT-R2的研究基础上，采用相对柔性核心骨架的分子设计策略，“剪去”IDT-BT-R2核心稠环骨架上的一个sp3碳桥键和相应的烷基侧链，合成了两个新颖结构的小分子受体TIDT-BT-R2、TIDT-BT-R6。系统研究了末端绕丹宁受体结构上烷基链的长度对于分子相关性能的影响。具有较短烷基链的TIDT-BT-R2具有更高的结晶性，更好的电荷传输能力，与PTB7-Th共混所制备的非富勒烯器件获得了8.7%的能量转换效率，其开路电压也高达1.04 V, 能量损失则低至0.55 eV。同刚性稠环核心骨架的IDT-BT-R2相比，基于TIDT-BT-R2的器件获得了更高的效率，这主要得益于相对柔性的核心骨架实现了受体小分子与给体聚合物共混时更好的穿插自由度和共混性，因而显著改善了活性层的纳米相分离形貌，提高了活性层载流子传输平衡性，抑制了器件中的电荷复合，最终实现了器件填充因子的大幅提升。我们采用的相对柔性核心骨架的分子设计策略将对以后发展高性能的小分子非富勒烯受体材料提供全新的思路。相关工作发表在Small Methods 2018, 1700373上。