侯剑辉课题组:有机太阳能电池中电荷转移机理研究获进展

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近年来，有机太阳能电池（OPV）领域取得了迅猛发展，其光电转化效率已经突破了15%，展现了光明的应用前景。从光活性材料的化学结构特点理解OPV中电荷转移机理，特别是低能量损失下激子解离的驱动力来源，对于设计新颖材料提高电池性能具有重要意义。

　　在中国科学院和国家自然科学基金委支持下，中科院化学研究所高分子物理与化学实验室侯剑辉课题组的姚惠峰等人，开展了有机光伏分子化学结构与电荷产生机理间构效关系的相关研究。在前期的工作中(Chin. J. Chem. 2018, 36, 491-494)，研究人员发现OPV中电子给体和电子受体的分子表面静电势（ESP）存在较大差异，促进了电荷的高效生成。

　　最近，姚惠峰等人设计了新颖的聚合物给体材料PTO2，并详细研究了分子表面ESP对电荷转移过程的影响机制。研究结果表明，PTO2与非富勒烯受体材料IT-4F存在显著的ESP差异，相应的分子间电场提供了激子解离的驱动力，促进了电荷转移，基于此的电池具有高效的电荷生成效率；而在PTO2与富勒烯衍生物受体的界面，ESP的差异相对较小，电荷转移需要额外电场的辅助。

　　此外，研究人员与瑞典林雪平大学和隆德大学的合作者在器件和光物理方面开展了相应研究，对ESP理论具有重要支撑。该工作建立了分子结构与电荷转移过程的联系，为高效率光伏材料的设计提供了新思路。相关研究成果发表在近期的《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 7743-7750）上。

ESP差异促进电荷转移态的形成

侯剑辉博士2006年在中国科学院化学研究所获得物理化学专业的博士学位，曾入选中科院"百人计划"择优支持及中科院化学所"引进国外杰出青年人才计划"，并获得国家杰出青年科学基金资助。2006年底进入加州大学洛杉矶分校（University of California, Los Angeles）的Prof. Yang Yang课题组开始为期两年的博士后研究工作。2008年，作为高级研究员加入美国Solarmer Energy Inc.公司，担任研发部门的主管（Director of Research）；于2009年底开始，兼任该公司在北京的分支（朔纶有机光电有限公司，Solarmer Materials Inc.）的首席技术官（Chief Technology Officer）。2010年10月，加入中国科学院化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室，成立课题组，开展聚合物太阳能电池相关的研究工作。2011年5月，被北京科技大学化学系聘为兼职教授/博导。