中科院考研，中科院考研分数线2023
近日，中国科学院化学研究所侯剑辉研究员联合有机光伏领域众多专家在Adv. Mater.和Adv. Funct. Mater.连发两篇论文，分别将讨论了将有机光伏电池用于智能光伏窗和如何制备高效和低成本有机太阳能电池。作为聚合物光伏材料分子结构设计领域的专家，侯剑辉研究员在开发和优化二维共轭苯并二噻吩方面取得了一系列进展，也为光伏聚合物/有机小分子的设计和应用提供十分有益的借鉴。
侯剑辉博士，中国科学院化学研究所研究员，北京科技大学兼职教授。其间在2013年获得国家杰出青年科学基金，2014年入选”国家人才计划”青年拔尖人才，2016年获得科技部中青年科技创新领军人才，同时2016-2021入选爱思唯尔 “中国高被引学者”。
一、AM：多功能集成半透明光伏窗设计
在过去的几十年里，大量的研究已经致力于低功耗和成本效益高的有机光伏（OPVs）的发展，多功能一体化半透明有机光伏电池（STOPVs）具有高发电量、多彩透射率/反射率、优异的紫外线防护和隔热性，完美符合建筑一体化光伏窗的建筑美学和光保护特性的概念。对于光伏窗来说，一个关键问题是如何实现这些光子和光电相关多功能的集成。
在此，北京工业大学翟天瑞教授和梁宁宁教授、中国科学院化学研究所侯剑辉研究员等人为彩色STOPV器件设计了动态透射和反射结构颜色可控滤光片，其具有不对称金属-绝缘体-金属结构（20 nm-Ag-HATCN-30 nm-Ag），这使得最终的集成器件具有比裸STOPV提高约5%的功率转换效率，具有高达93.5、94.1、90.2和94.5%的紫外（300-400 nm）阻隔率。最重要的是，得益于微腔共振波长以外的光子回收效应，首次报道了超窄带隙为1.2 eV的透明绿色STOPV，其量子利用效率高达80%。这些不对称的Febry-Pérot透射和反射结构滤色片也可以扩展到基于硅和钙钛矿的光电器件，并可为多用途光电器件集成额外的目标光学功能成为可能。
相关文章以“Trans-Reflective Structural Color Filters Assisting Multifunctional-Integrated Semitransparent Photovoltaic Window”为题发表在Adv. Mater.上。
图1：Febry-Pérot微腔中传输和反射色产生示意图。
图2：基于非对称的Febry-Pérot微腔结构设计。
图3：MIM集成STOPV器件的光伏性能。
图4：光学和热相关性质的表征和分析。
图5：彩色STOPV设备的性能测试及总结。
总之，本文基于不对称Ag-HATCN-Ag微腔的强共振效应，首次提出了一系列理想的发电、角度不敏感的彩色STOPV太阳能窗。更重要的是，受益于微腔共振波长以外的光子循环效应，合成的透明绿色STOPV具有1.2 eV的超窄带隙。这种不对称的Febry-Pérot反射结构滤色片也可以扩展到无机和有机/无机混合光电器件（光电、发光二极管、光电探测器和激光器）。
二、AFM：调整分子间静电相互作用实现高效和低成本有机太阳能电池制造
有机太阳能电池（OSCs）是一种很有前途的下一代光伏技术，具有无毒、柔韧、半透明、轻量化等独特优势。在过去的十年中，包括供体和受体在内的光活性材料的开发为提高功率转换效率（PCEs）做出了巨大贡献。然而，应该注意的是，高效材料的化学结构变得越来越复杂，合成涉及繁琐的程序，导致高材料成本。因此，开发低成本、高效率的供体-受体组合对于使OSCs更具商业可及性具有重要意义。
在此，中国科学院化学研究所侯剑辉研究员和姚惠峰博士等人结合材料设计和形貌控制，通过供体:受体混合物制备了高效的OSCs。具体来说，通过在联噻吩核两侧引入噻唑单元来设计和合成名为Tz的完全非融合电子受体，该受体在典型的聚噻吩供体中显示出13.3%的PCE。
作者通过选择三种聚噻吩，即聚(3-己基噻吩)（P3HT）及其两种具有吸电子取代的衍生物（PDCBT和PDCBT-2F）作为供体来制造电池器件。计算和实验数据表明，减少聚噻吩和Tz之间的静电相互作用是获得抑制混溶性从而获得高相纯度的关键，本研究为高效低成本OSCs的分子设计和供体-受体匹配要求提供了新的见解。
相关文章以“Tuning the Intermolecular Electrostatic Interaction toward High-Efficiency and Low-Cost Organic Solar Cells”为题发表在Adv. Funct. Mater.上。
一系列形貌表征表明，P3HT与Tz具有过度的混溶性，这应该是光伏性能低的原因。在聚噻吩中引入强吸电子官能团可以增加静电势，从而抑制与Tz的结合趋势，有利于在共混物中获得合适的相分离。特别是，PDCBT-2F:Tz的组合获得了13.3%的高PCE，这在低成本供体:受体组合制造的OSCs中具有超高的价值。
图1：通过计算两个单元的分子ESP图谱，深入理解供体和受体之间相互作用。
图2：供体和受体的化学结构。
图3：共振软X射线衍射（R-SOXS）测量。
图4：器件优化后光伏性能测试。
综上，本文通过建立有机共轭体系中化学结构与混溶性之间的基本关系，强调了静电力在影响分子间结合相互作用中的关键作用。同时，通过调节Tz与3种聚噻吩之间的分子间静电力，相应地优化了混溶性和光伏性能。总体而言，本工作不仅为有机共轭分子之间的结合相互作用提供了理论研究，而且为高效的OSCs材料提供了设计指南。
此外，3月15日，侯剑辉教授团队成果还登上了Joule，太厉害了。
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文献链接
1.https://doi.org/10.1002/adma.202300360
2.https://doi.org/10.1002/adfm.202300202
来源：高分子科学前沿
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