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  最近，北京大學工學院占肖衛(wèi)教授課題組在強近紅外吸收的稠環(huán)電子受體的分子設(shè)計及高效半透明太陽能電池中的應用研究中取得重要進展，在材料領(lǐng)域著名期刊《先進材料》發(fā)表了3篇論文。

  近幾年，半透明太陽能電池在光伏建筑一體化和產(chǎn)能窗戶等領(lǐng)域的美好應用前景引起了學術(shù)界和工業(yè)界的廣泛興趣。顧名思義，半透明太陽能電池在吸收光能轉(zhuǎn)化為電能的同時，能夠讓部分的可見光透過，從而保證一定的透明度。而在各種光伏技術(shù)中，有機太陽能電池被認為最適合制備半透明器件。迄今為止，半透明有機太陽能電池的研究大多數(shù)集中在透明頂電極，而活性層的研究比較缺乏。半透明有機太陽能電池的活性層通常是聚合物給體和富勒烯受體。由于富勒烯受體光吸收很弱，基于富勒烯受體的半透明有機太陽能電池效率普遍較低，單結(jié)電池效率一般在4-6%，疊層電池效率一般在7-8%。

北大博雅塔照片（a和b分別為相機鏡頭被半透明太陽能電池遮擋前后）

  2017年，占肖衛(wèi)課題組提出理想的半透明有機太陽能電池活性層應該具有強的近紅外吸收和較弱的可見光吸收等特性。這種活性層能夠充分利用太陽光譜中近紅外部分的輻射來發(fā)電，而在可見區(qū)保持較高的透明度。基于這個理念，他們設(shè)計并合成了一個新的具有強近紅外吸收的六并稠環(huán)電子受體材料IHIC，其光學帶隙為1.38 eV（吸收邊898 nm）。IHIC與廣泛使用的窄帶隙聚合物給體PTB7-Th共混制備半透明有機太陽能電池，器件的效率為9.77%，可見光區(qū)平均透過率為36%，且具有優(yōu)異的光穩(wěn)定性。工作發(fā)表在Adv. Mater. 2017, 29, 1701308（博士研究生王偉和嚴岑琪是共同第一作者），發(fā)表后9個月內(nèi)被引用50余次，入選ESI熱點論文和ESI高被引論文，Wiley網(wǎng)站Materials Views China以“高效率半透明有機太陽能電池”為題進行介紹評述。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201701308

  在此基礎(chǔ)上，他們設(shè)計合成了一種基于八并稠環(huán)噻吩為核、氟代氰基茚酮為端基、強近紅外吸收的稠環(huán)電子受體材料FOIC，其光學帶隙為1.32 eV（吸收邊942 nm），吸收邊比六并稠環(huán)電子受體材料IHIC紅移44 nm。FOIC與PTB7-Th共混制備半透明有機太陽能電池，可見光區(qū)平均透過率為37.4%，效率提高到10.3%，這是半透明有機太陽能電池的世界最高效率（Adv. Mater. 2018, 30, 1705969，博士生李騰飛是第一作者）。Wiley網(wǎng)站Materials Views China以“高性能稠環(huán)噻吩電子受體光伏材料”為題進行介紹評述。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201705969

  之后，他們設(shè)計合成了一系列的強近紅外吸收的稠環(huán)電子受體材料，系統(tǒng)比較了給電子稠環(huán)核的大小對材料吸收光譜、電子結(jié)構(gòu)、薄膜形貌和器件性能的影響，發(fā)現(xiàn)拓展稠環(huán)核是實現(xiàn)開路電壓和短路電流同時提高的有效分子設(shè)計策略（Adv. Mater. 2018, 30, 1706571，博士后代水星是第一作者）。

  本研究工作得到國家自然科學基金等的資助。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201706571