点击蓝字
关注我们
近日，北京大学占肖卫教授与四川大学程沛特聘研究员团队的AMR述评文章“Perylene Diimide-Based Oligomers and Polymers for Organic Optoelectronics”在线发表，基于课题组的工作，对苝酰亚胺齐聚物和聚合物的发展历程，以及在有机光电器件中的应用（特别是太阳能电池和场效应晶体管）进行总结和讨论。
关键词：苝酰亚胺，有机半导体，太阳能电池，场效应晶体管，有机光电器件
苝酰亚胺类有机半导体的分子构型和聚集态调控对其光电器件至关重要。
文章内容简介
作为一类经典染料，苝酰亚胺衍生物具有化学结构多样性、光电性质易调节、可见光吸收强、电子亲和力强、电子传输性好和稳定性好等特点。基于苝酰亚胺小分子和聚合物的n型有机半导体在有机光电器件中应用广泛，如聚合物太阳能电池、有机场效应晶体管、发光二极管、光开关和光电探测器等。
能够将太阳能转化为电能的聚合物太阳能电池是一种很有前途的可再生清洁能源技术，具有制备工艺简单、质量轻、成本低、半透明、柔性等优点。长期以来，在聚合物太阳能电池中，富勒烯衍生物（如PCBM）是最重要的电子受体材料。然而，PCBM存在光吸收能力弱、能量损失大、形貌不稳定等缺点，严重制约本领域的发展。与PCBM相比，苝酰亚胺类电子受体材料具有如下优势：可见光吸收强；最低未占分子轨道能级可调，以同时获得必要的电荷分离驱动力和高开路电压；分子构型可调，可实现活性层形貌的调控和稳定性的提高。因此，苝酰亚胺小分子和聚合物是聚合物太阳能电池中较为理想的电子受体材料。
在这篇述评论文中，作者主要基于其课题组的工作，对苝酰亚胺齐聚物和聚合物的发展历程，以及在有机光电器件中的应用（特别是太阳能电池和场效应晶体管）进行总结和讨论。尽管苝酰亚胺母体分子表现出强的光吸收能力、强的电子亲和力和高的电子迁移率，但早期报道的基于苝酰亚胺母体分子的本体异质结型聚合物太阳能电池的能量转换效率很低（约0.1%）。究其原因，苝酰亚胺母体分子的刚性共平面构型导致强的分子间π-π堆积、大的晶粒尺寸和严重的给受体相分离，最终导致激子解离效率低，从而降低器件性能。
2007年，占肖卫等报道了世界上第一个酰亚胺类高分子受体，发表了中国首篇非富勒烯受体的论文（J. Am. Chem. Soc., 2007, 129, 7246，被引1000余次）。
随后，占肖卫团队发展了一系列具有不同π桥的线性苝酰亚胺二聚体、星形苝酰亚胺三聚体和苝酰亚胺聚合物，以克服苝酰亚胺母体分子的过度结晶和聚集，并实现合适的给受体相分离尺度，以提高聚合物太阳能电池的器件性能。
他们还通过分子设计，提高聚合物主链的平面性，增强分子间π-π堆积，降低最低未占分子轨道能级，提高有机场效应晶体管器件的电子迁移率和空气稳定性。
除了聚合物太阳能电池和有机场效应晶体管之外，他们还探索了苝酰亚胺聚合物在钙钛矿太阳能电池以及双光子吸收领域的应用。
占肖卫等人的开创性工作推动了领域的发展，20余个国家100余个研究组开展了稠环芳酰亚胺高分子半导体的研究。
AMR：您认为该领域当前最值得关注的研究热点是什么？
作者团队：
近年来，聚合物太阳能电池领域发展迅速，其最高认证效率已由2016年的11%左右提高到目前的18%以上。但与已经大规模产业化的单晶硅电池相比，聚合物太阳能电池的长期稳定性仍然是一个挑战。聚合物太阳能电池在使用过程中，需要考虑到其自身的稳定性、以及对光、热、空气、机械应力的稳定性等。
AMR：请问您有什么科研心得想分享给读者们？
占肖卫教授：
个人认为科研人员最重要的品质是创新和执着。创新就是要做0到1的工作。甘于坐冷板凳，并把冷板凳坐热。执着就是要一心一意做一件事，要十年磨一剑。要敢于“吃螃蟹”，大胆去试新东西，不要怕失败。要甘于“啃骨头”，愿意吃苦，不畏艰险。不要贪“便宜”，搭别人的顺风车，急于求成。
作者团队简介
●占肖卫，北京大学教授
占肖卫，北京大学博雅特聘教授、高分子化学与物理教育部重点实验室副主任。长期从事有机高分子光电功能材料和器件研究，在非富勒烯受体有机太阳能电池领域做出了开创性和引领性贡献。在Nat. Rev. Mater.和Nat. Photon.等期刊发表论文360余篇，所发表论文被引用42,000余次。科学出版社出版专著1部。申请国际发明专利和中国发明专利30余件。在国内外重要学术会议做大会报告、主旨报告、邀请报告100余次。获国家杰出青年科学基金、中国化学会青年化学奖、中国化学会高分子科学邀请报告荣誉奖、中科院百人计划终期评估优秀、中科院优秀导师奖、中科院优秀博士论文指导教师、北京大学优秀博士论文指导教师、北京大学方正教师奖等。入选英国皇家化学会会士、全球高被引科学家（2017-2021连续5年）和中国高被引学者（2014-2020连续7年）。担任J. Mater. Chem. C和Mater. Adv.副主编，ACS Energy Lett.、Mater. Horiz.、Chem. Mater.、Solar RRL、Small Struct.、Aggregate、《化学学报》、《物理化学学报》编委/顾问编委。
●程沛，四川大学特聘研究员
程沛，特聘研究员，入选四川大学“双百人才工程”。2016年博士毕业于中科院化学所（导师：占肖卫研究员）。2017至2020年在UCLA进行博士后研究（导师：杨阳教授）。以（共同）第一/通讯作者在Nat. Photon., Nat. Commun., Joule, Adv. Mater., Energy Environ. Sci., Chem. Soc. Rev., Acc. Chem. Res.等期刊上发表学术论文30篇。目前共发表学术论文70余篇，总引用6500余次，H因子38，5篇论文入选ESI热点论文，19篇论文入选ESI高被引论文。入选Mater. Horiz.期刊Community Board。课题组网页（https://www.x-mol.com/groups/functional-polymers）。
扫码阅读占肖卫教授-程沛特聘研究员团队的精彩Account文章：
Perylene Diimide-Based Oligomers and Polymers for Organic Optoelectronics
Pei Cheng, Xingang Zhao, and Xiaowei Zhan*
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.1c00191
投稿指南
目前Accounts of Materials Research的投稿主要基于编辑团队的邀请。如您有意投稿，请先按照Author Guidelines的要求准备并投递proposal， 编辑团队会对您的proposal进行评审。如果proposal被接受，我们将向您发送投稿邀请。扫码阅读作者指南，下载proposal form：
