長春應化所在全高分子太陽能電池領域取得系列進展

　　在光能轉化為電能方面，全高分子太陽能電池采用p型高分子半導體（給體）和n型高分子半導體（受體）的共混物作為活性層，與傳統的無機太陽能電池相比，具有柔性、成本低、重量輕的突出優點，已成為太陽能電池研究的重要方向之一。但是，n型高分子半導體的種類和數量遠遠少于p型高分子半導體，因此開發n型高分子半導體材料是發展全高分子太陽能電池的核心。

　　中國科學院長春應用化學研究所高分子物理與化學國家重點實驗室劉俊課題組，提出采用硼氮配位鍵(B←N)降低共軛高分子的LUMO/HOMO能級，發展n型高分子半導體的策略，并發展出兩類含硼氮配位鍵的n型高分子半導體受體材料，其全高分子太陽能電池器件效率與經典的酰亞胺類n型高分子半導體相近。

　　該課題組首先闡明了硼氮配位鍵降低共軛高分子LUMO/HOMO能級的基本原理，首次將硼氮配位鍵引入到n型高分子半導體的分子設計中（Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 3648）。進而提出了兩種用硼氮配位鍵設計n型高分子半導體受體材料的分子設計方法：一是在共軛高分子的重復單元中，用一個硼氮配位鍵取代碳碳共價鍵，使共軛高分子的LUMO/HOMO能級同時降低0.5–0.6eV，將常見的p型高分子半導體給體材料轉變為n型高分子半導體受體材料（Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 5313）；二是先設計基于硼氮配位鍵的新型缺電子單元——雙硼氮橋聯聯吡啶，再用于構建n型高分子半導體受體材料（Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 1436）。

　　研究表明，硼氮配位鍵n型高分子半導體具有LUMO軌道離域、LUMO能級可調的特點（Chem. Sci., 2016, 7, 6197）。基于該獨特的電子結構，在得到全高分子太陽電池器件效率6%的同時，實現了光子能量損失0.51 eV，突破了傳統有機太陽能電池光子能量損失最小值0.6eV的極限，也是已知文獻報道的最低值（Adv. Mater., 2016, 28, 6504)。

　　該工作獲得了科技部“973”項目、國際自然科學基金、中組部“青年千人計劃”和中科院先導計劃等項目的資助。

長春應化所在全高分子太陽能電池領域取得系列進展