西湖大学前院长、UCLA杨阳的有机光伏二十余年,绕不过去的明星分子“Y6”

2019年,杨阳教授受施一公先生邀请,全职回国,任西湖大学工学院院长引起了国内学术界巨大轰动。

2020年11月,由于诸多方面的考虑,杨阳教授低调地离职了西湖大学,回到UCLA仔细耕耘着自己所热爱的科研热土。

对于杨阳教授来说,他的学术生涯始终绕不开有机光伏(OPV);而对于有机光伏领域来说,也始终绕不开杨阳教授。当然,有机光伏领域的明星小分子受体Y6,似乎也绕不开杨阳教授。

2021年10月28日,杨阳教授在《AM》上发表综述性文章,声明了Y6是其课题组的原创性设计想法。

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指出了Y是“Yang”的缩写,课题组设计了Y1和Y2,之后修饰得到了Y3,在Y1、Y2和Y3的启发下有了设计Y6的想法。

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其实,在2020年早些时候,杨阳教授在《Accounts of Chemical Research》上面发表的综述性文章中,就已经在提到Y1对于整个Y系列一直到Y6的影响。

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最近,一个有关Y6分子归属权的问题也出现在知乎上。

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一些网友也给出了自己的看法:

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而就在昨天下午,某公众号发文,开始回应Y6归属权的问题。

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在文章的最后,也肯定了杨阳教授在Y系列分子上面的贡献。

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不管Y6的归属权最终如何,杨阳教授对于有机光伏领域来说,可谓是伟大的开拓者之一。

在2019年,杨阳教授在Cell Press旗下的《Matter》期刊上撰文“Yang Yang Lab: Two Decades in the Making”,文章回顾了课题组在有机光伏领域二十年间的辉煌成就。

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在2005年,杨阳课题组实现了有机光伏效率非常重要的一次突破,该工作发表在Nature Materials上面,用杨阳教授自己的话来说:自2005年该文章发表以来,杨的团队已成为OPV领域的先驱之一。

杨阳教授的另一个重要贡献是通过统一OPV和传统光伏的效率测量方法,使双方都可以直接比较它们的相对性能,从而在OPV和传统光伏之间的架起了桥梁。2006年,他通过与NREL的Keith Emery博士合作,主张实现OPV测量的标准化。今天,OPV领域已经遵循了这些测试标准。

由于这些高影响力的工作,杨阳教授团队入选了汤森路透2012年至2014年全球被引用最多的研究团队之一(TOP 19)。

2013年,杨阳教授开始研究钙钛矿光伏;在2018年,杨阳教授团队已被汤森路透评为该领域的十大研究小组之一。

在今年,杨阳教授也发表了很多有机光伏和钙钛矿光伏的重要研究工作,下面介绍一下这些重要工作。

1

2021年2月5日,杨阳教授团队联合NREL的Matthew C. Beard团队美国托莱多大学鄢炎发团队设计了一系列具有大π共轭体系的有机铵盐,发现当合理调控芘基共轭铵盐与B(阳离子)-X(无机阴离子)框架的作用距离,会对钙钛矿的表面前沿轨道产生影响。该种芘基铵盐可以改变钙钛矿的表面价带边结构并影响钙钛矿的载流子动力学。其中,引入芘乙胺的钙钛矿具有更高的空穴迁移率,能量转换效率以及稳定性。该工作为调控钙钛矿的电子结构提供了一个新的自由度。

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2

无机无铅Cs2AgBiBr6双钙钛矿结构是钙钛矿太阳能电池解决APbX3结构不稳定和铅毒性问题的很有前途的发展方向。然而,Cs2AgBiBr6的低结晶导致的低短路电流和低能量转换效率(PCE)极大地限制了其应用。李振兴针对钙钛矿太阳能电池的电子传输材料进行了深入研究,采用一种简单的策略将单层MXene纳米片掺杂到二氧化钛(Ti3C2Tx@TiO2)作为多功能电子传输层。相比于TiO2传输层,PCE提高了超过40%,该工作发表在JACS上面。

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3

绝大多数高性能钙钛矿太阳能电池(PSC)都是基于包含甲基铵(MA)和溴化物(Br)的多阳离子混合阴离子组合物。然而,MA的热不稳定性和混合卤化物组合物相分离的趋势限制了PSC的长期稳定性。在这里,提出了一种实现高效且稳定的PSCs的策略,这些PSCs完全不含铯(Cs)、MA和Br。该策略将抗溶剂淬火过程用于原位沉积聚合物夹层,促进具有低缺陷密度的纯相甲脒三碘化铅钙钛矿晶体的生长,并有助于光生电荷的提取。开发的PSC是此类组合物中性能最好的结果之一。该工作发表在AFM上面。

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4

该工作报道了一种新的分层三组分活性层结构的方法:在BHJ二元共混层上形成第三层组分,第三个组分相对于BHJ二元混合层给体和受体的LUMOs可以形成级联最低LUMO能级。该双层结构优于传统的BHJ三元共混结构。这种分层的第三组分结构的概念对于实现高性能的OPV提供了一个简单而良好的结构架构。该工作发表在Nano Letters上。

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半透明有机光伏 (ST-OPV) 在可再生能源技术中具有巨大的应用潜力。在体异质结 (BHJ) ST-OPV 中,需要在可见光透射率 (VLT) 和能量转换效率 (PCE) 之间进行折衷。本工作报道了一种两步顺序沉积 (SD) 策略,该策略允许对给体和受体层厚度进行精确的初始控制,从而在不严重影响器件性能的情况下系统地增加器件的VLT。该工作发表在AEM上。

西湖大学前院长、UCLA杨阳的有机光伏二十余年,绕不过去的明星分子“Y6”

6

近年来,加工后的表面处理策略对卤化物钙钛矿光伏的稳定性和性能有所提高。然而,对表面上复杂的重构过程仍然缺乏一致的理解。本工作结合互补的表面敏感技术和深度分辨技术,研究了微尺度上钙钛矿表面的力学重建机制,观察到一个由常用的溶剂异丙醇(IPA)诱导的更富含PbI2的表面的重构。该结果表明,IPA有助于有机铵盐吸附到表面,以增强其缺陷钝化效应。该工作发表在JACS上。

西湖大学前院长、UCLA杨阳的有机光伏二十余年,绕不过去的明星分子“Y6”

文献信息

1. Near-infrared Materials: The Turning Point of Organic Photovoltaics, Adv. Mater. 2021, 2107330. DOI: 10.1002/adma.202107330.
2. Yang Yang Lab: Two Decades in the Making, Matter 1, 312–316. DOI: 10.1016/j.matt.2019.07.008.
3. Reconfiguring the band-edge states of photovoltaic perovskites by conjugated organic cations, Science 371 (6529), 636-640. DOI: 10.1126/science.abd4860.
4. Single-Layered MXene Nanosheets Doping TiO2 for Efficient and Stable Double Perovskite Solar Cells, J. Am. Chem. Soc. 2021, 143 (6) 2593–2600. DOI: 10.1021/jacs.0c12739.
5. Stable and Efficient Methylammonium‐, Cesium‐, and Bromide‐Free Perovskite Solar Cells by In‐Situ Interlayer Formation, Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2007520. DOI: 10.1002/adfm.202007520.
6. High-Performance Organic Photovoltaics Incorporating an Active Layer with a Few Nanometer-Thick Third-Component Layer on a Binary Blend Layer, Nano Lett. 2021, 21 (5) 2207–2215. DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c05045.
7. Sequential Deposition of Donor and Acceptor Provides High-Performance Semitransparent Organic Photovoltaics Having a Pseudo p–i–n Active Layer Structure, Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2003576. DOI: 10.1002/aenm.202003576.
8. Surface Reconstruction of Halide Perovskites During Post-treatment, J. Am. Chem. Soc. 2021, 143 (18) 6781–6786. DOI: 10.1021/jacs.1c00757.

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