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蒋雪副教授在有机太阳能电池材料领域取得重要进展,被美国《科学之光》专访报道


发布时间:2017-12-26    来源:    点击量:



最近,赵纪军教授课题组在有机太阳能电池材料领域取得突破性进展。他们提出了一系列酞菁基二维有机太阳能电池材料,理论能量转化效率可以突破14%。与传统的有机聚合物相比,二维酞菁基有机晶体材料具有更好的结构稳定性、合适的能隙、更优的吸光能力以及更高的载流子迁移率。该工作于2017年12月20日作为Featured Article发表于应用物理学领域重要刊物《Applied Physics Letters》,同时美国物理学联合会的科学之光栏目(AIP Scilight)对该工作进行了专访报道。文章第一作者为蒋雪副教授。

有机太阳能电池具有柔性、轻质、价格低廉、易于加工等优点,具有巨大的商业应用价值。但低的稳定性、能量转化效率以及载流子迁移率大大限制了其广泛应用。为了克服上述缺点,赵纪军教授课题组率先关注到基于酞菁分子的二维有机晶体材料。主要原因如下:(1)酞菁分子是第一个被报道存在光伏效应的有机分子并且在600-800 nm区间具有高的消光系数;(2)超过70种金属原子可以担载在酞菁分子中,可以表现出P型或者N型半导体的特征;(3)跟有机小分子和聚合物相比,二维有机晶体材料有序、具有更好的结构稳定性以及更高的载流子迁移率;(4)根据合成化学,二维有机晶体材料的光电特性主要取决于其构造单元,并易于受到合成方法、反应类型、功能团等多种因素的调控;(5)应用分子自组装方法,二维铁酞菁材料已经成功在惰性衬底上合成。

第一性原理方法证实了上述设计思路。赵纪军教授课题组以锌酞菁为基本构造单元,自组装构造和评估了八种代表性二维锌酞菁基有机晶体材料的结构、电子和光学性能。同时,为了调控其最优表现,包括苯环的引入、原子掺杂、异质结设计等多种方案被设计和甄选。其中,3种特定构型的二维锌酞菁基有机晶体材料的器件可行性、光吸收特性以及能级位置满足有机太阳能电池的设计参数,获得了最高14.04%的理论能量转化效率,超过了目前已经证实的有机太阳能电池效率的最高值。

论文原文:Self-assembly 2D zinc-pathalocyaine heterojunction: An ideal platform for high efficiency solar cell

网址:http://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.5005119

Scilight新闻报道:http://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.5019689

Applied Physics Letters:美国物理联合会(AIP)旗舰期刊,特色鲜明,用于报道应用物理领域的最前沿的重大发现,影响因子3.411。

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