2019年,一篇Joule文章横空出世,题目为:Single-Junction Organic Solar Cell with over 15% Efficiency Using Fused-Ring Acceptor with Electron-Deficient Core1,作者是中南大学邹应萍教授课题组。
这篇文章有多火呢?2021年9月谷歌学术显示如下,才两年时间,被引用了2016次!平均每天被引用2-3次!
毫不夸张地说,这篇文章带火了这个期刊。Joule是《Cell》在2017年创的姊妹刊,2020年影响因子才29分,2021年的影响因子直接飙到了41分,提升40%以上。邹应萍发的这篇文章2016次被引量至少能顶40篇,对Joule高影响因子贡献巨大。
下面是Joule 创刊以来引用最高的五篇文章,邹应萍的文章引用次数超第二名1257次,实力充分体现,一骑绝尘。
1. Single-Junction Organic Solar Cell with over 15% Efficiency Using Fused-Ring Acceptor with Electron-Deficient Core。2016次
2. Single-Atom Catalysts: Synthetic Strategies and Electrochemical Applications。759次
3. Methylammonium Chloride Induces Intermediate Phase Stabilization for Efficient Perovskite Solar Cells。515次
4. Advancing Lithium Metal Batteries。453次
5. Metal-Organic-Framework-Based Materials as Platforms for Renewable Energy and Environmental Applications。436次
有机太阳能电池发展了20多年,现在世界效率是18.2%,如下图所示,主要经历了2缓慢增长期和2个快速增长期,而邹应萍教授发的这篇文章就是第2个增长期的来源,第2次激活了有机太阳能电池领域,让领域内的人重燃希望。
2019年,邹应萍教授课题组在之前的一系列基础工作上成功制备了A-D-A型Y6小分子,成为二十一世纪最具潜力的有机受体小分子(Joule, 2019,DOI:10.1016/j.joule.2019.01.004)。
领域内的几个主要课题组开始将重心放在了Y6小分子上。化学所侯建辉研究员在Y6分子上开始做文章,通过分子修饰实现了单结有机光伏超过18%的效率(Adv.Mater.2020,32,1908205)。
同时,侯剑辉硏究员和陈永胜教授分别发表理论硏究性综述文章,硏究分子的构效关系,来阐明Y6小分子作为光伏受体的优势所在(Reports on Progress in physics, 2020DOI:10.1088/1361-6633/ab90cf.;“Acceptor-donor-acceptor type molecules for high performance organic photovoltaics-chemistry and mechanism” Xiangjian Wan, Chenxi Li, Mingtao Zhang Yongsheng Chen*,Chem Soc. Rev, 2020.)
苏州大学、香港科技大学等也有相应的工作进展跟进( Highly Efficient All-Small- Molecule Organic Solar Cells with Appropriate Active Layer Morphology by side Chain Engineering of Donor Molecules and Thermal Annealing, AM, 2020; Alkyl Chain Tuning of Small Molecule Acceptors for Efficient Organic Solar Cells, Joule),领域内大部分人都把20%的效率寄托在Y6分子上。
在没有新型明星分子产生之前,Y6的后修饰与基于Y6分子上的器件优化与设计成为今后一段时间的
下面就是整个领域关注的Y6明星分子:
基于这种缺电子单元苯并噻二唑为核的DAD结构稠环的A-DAD-A型非富勒烯有机受体光伏材料,邹应萍教授制备了能量转换效率突破15%的有机太阳能电池。
传统非富勒烯受体的电子迁移率较低,扩散长度短,这限制了活性层厚度,使得器件的开路电压和短路电流此消彼长,效率难突破。
DAD稠环结构可以有效拓宽材料吸收光谱,同时降低器件电压损失;引入具有高迁移率的分子来修饰来提高电子迁移率,并进一步增拓宽材料的吸收边。使得Y6具有较强的吸收和较窄的带隙以及优异的电子迁移率。引入烷基链可改善溶解性,具体合成步骤如下:
GIWAXS表征可以看到薄膜的面内外取向性,这是普通XRD做不到的。如下图,GIWAXS图表明PM6:Y6的薄膜的面外取向增加,这有利于载流子传输。
最后,作者为了验证这个分子对提升有机太阳能性能的普适性,她找了不同团队制备了正向和反向的器件,重复性良好,且最高效率为15.7%;器件送往Enli Tech.光电实验室认证,获得了14.9%的认证效率。
1. Yuan, Jun, et al. “Single-junction organic solar cell with over 15% efficiency using fused-ring acceptor with electron-deficient core.” Joule 3.4 (2019): 1140-1151.
2. https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html
3. https://www.zhihu.com/question/ 429595744/answer/1567582767
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