西安科技大学李宇翔副教授课题组致力于高效有机太阳能电池材料与器件研究工作

有机太阳能电池(OSCs)作为一种绿色清洁的光电转换技术，具有质轻、成本低、可实现半透明和柔性大面积印刷制备等优点，成为新型清洁能源领域的一个重要研究方向,受到学术界和产业界的广泛关注。近年来，得益于稠环类小分子受体(SMAs)材料和聚合物材料的快速发展，OSCs已实现超过19%的能量转换效率(PCE)。

在国家自然科学基金、陕西省自然科学基金及陕西省高层次人才项目的支持下，西安科技大学李宇翔副教授课题组聚焦有机光电材料与器件研究领域，近五年来，主要开展了一系列关于小分子和聚合物受体的太阳能电池材料设计合成和器件方面的研究工作。主要从调控非稠环小分子受体聚集模式，优化卤素修饰聚合物骨架，稠环类小分子受体聚合化等方面对活性层的大尺度相分离结构进行系统研究，实现了有机太阳能电池性能的明显提升。

代表性工作如下：

针对非稠环非富勒烯受体材料，进行聚集模式的调控设计，系统地改变A-D-A’-D-A框架中的π桥（D）单元和中心核（A’）单元，开发了具有三种不同聚集倾向的非稠环小分子受体材料并应用于有机光伏器件。研究结果表明改变桥连基团及中心核单元能够有效调整非富勒烯受体材料的分子聚集和结晶模式，从而利于激子解离和电荷传输。最终，基于BCIC2F的光伏器件表现出高达12.4%的能量转化效率。该研究成果为推动高效的非稠环非富勒烯受体材料的发展提供了新思路。(ChemSusChem.,2021, 14, 3579-3589.)

通过改变中心核和π间隔基的策略进行新型聚合物受体分子的设计与合成，将不同种类的卤素引入到聚合物受体中，使聚合物受体的电子迁移率和薄膜形态有显著的改善。该工作为进一步开发高性能聚合物受体提供了新思路，并强调了在聚合物太阳能电池中，窄带隙吸收和最佳活性层形貌对于提高短路电流密度具有同等重要性。(Chem.Engin. J.,2022, 428, 131232.)

采用卤素修饰的共轭骨架为策略，设计并合成了高效的n-型受体聚合物材料并应用于全聚合物太阳能电池器件。研究结果表明，卤素修饰的方式有效地改善了全聚合物中电荷传输和混合薄膜的相分离，能够明显优化太阳能光伏器件的短路电流和填充因子，进而提高器件的能量转换效率，最高能量转换效率可达到7.11%。该研究证实了卤素修饰骨架策略可以提升全聚合物太阳能电池(all-PSCs)性能，为构筑新型高性能聚合物受体材料提供了新的策略。(ACSAppl. Mater. Interfaces,2020, 12, 33028-33038.)

有机太阳能电池(OSCs)作为一种绿色清洁的光电转换技术，具有质轻、成本低、可实现半透明和柔性大面积印刷制备等优点，成为新型清洁能源领域的一个重要研究方向,受到学术界和产业界的广泛关注。近年来，得益于稠环类小分子受体(SMAs)材料和聚合物材料的快速发展，OSCs已实现超过19%的能量转换效率(PCE)。

西安科技大学李宇翔课题组采用结构调整和规整控制的方法设计了一系列新型高效窄带隙聚合物受体材料，研究表明集成“SMAs聚合化”和“区域规整”的策略不仅成功解决了此类聚合物普遍存在的区域异构问题，而且有效地增强了分子的π-电子离域和沿主链方向上的堆积特性，由此进一步拓宽了光谱吸收和提升了电荷在三维方向上的传输，最终实现了高达24.7mA/cm²的短路电流和低至0.51eV 的能量损失,其PCE跃至15.8%(文章报道时的二元all-PSCs的效率最高值)。这项工作不仅为all-PSC领域增加了一位新成员，也为设计和开发高性能聚合物受体提供了一种新的策略。

(J.Am. Chem. Soc., 2021, 143,2665-2670.Macromol.Rapid Commun.,2022, 2200062.)

最近，针对全聚合物太阳能电池的最新研究进展，团队成员总结了基于聚合小分子型受体（PSMAs）策略而设计及合成的新型聚合物受体材料发展历程，重点提出将PSMAs与精准控制的区域规整相结合可以赋予新型聚合物受体良好的吸收，优良的主链有序及优异的混合形态；此外，这种集成策略解决了其合成及器件性能的可重复性问题。该工作对如何进一步实现高性能all-PSCs展开重点讨论，以聚合物受体结构设计、薄膜形貌控制和聚合物给体选择为出发点分析了all-PSCs目前面临挑战和未来应用前景。从多个角度共同努力，进一步缩小基于SMAs和PSMAs的有机太阳能电池之间的性能差距，有望真正实现all-PSCs领域发展与实现商业应用。(InfoMat,2021, 4, e12271.)

李宇翔副教授/硕士生导师

2013.02~2018. 03就读于韩国国立釜山大学(硕博连读)，获得工学博士学位，师从Prof.Han Young Woo，研究领域：有机光电材料与器件。2015.09 ~ 2018. 02任高丽大学化学系助理研究员，2019.10~ 2021.10在香港城市大学化学系进行博士后联合培养，师从欧洲科学院院士Prof.Alex K.-Y. Jen (任广禹教授)。2018年4月起加入西安科技大学材料科学与工程学院任副教授。

       李宇翔博士团队主要聚焦于有机光电材料与器件的研究工作，以有机光电材料的设计与合成为核心，并以此为基础进行科学技术外延及内涵的智能器件研究。将开发具有创新性的高性能有机光电材料基础研究与推动商业化的应用研究结合起来。从降低能耗，提高可再生能源的利用率，以及开发有机生物电子材料等方面来解决可持续发展中能源问题并促进相关技术的发展。近5年，团队致力于有机太阳能电池，有机场效应晶体管和有机电化学晶体管材料的设计、合成与器件研究工作，发表国内外高水平科研论文30余篇，分别收录于：Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．（ＥＳＩ高被引和热点论文），ＩｎｆｏＭａｔ，Ａｄｖ．Ｆｕｎｃｔ．Ｍａｔｅｒ．，Ａｄｖ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｍａｔｅｒ．，Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇｉｎ．Ｊ．，Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｃｈｅｍ．Ａ，Ｓｃｉ．ＣｈｉｎａＣｈｅｍ．，Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，ＣｈｅｍＳｕｓＣｈｅｍ．，ＡＣＳＡｐｐｌ．Ｍａｔｅｒ．Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ，Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｃｈｅｍ．Ｃ，ＳｍａｌｌＭｅｔｈｏｄｓ，Ｐｏｌｙ．Ｃｈｅｍ． 等国内外著名学术期刊。李宇翔博士先后获得2019年国家“香江学者计划”项目，2018年陕西省高层次人才计划项目，2017年国家优秀自费留学生奖学金等资助和荣誉。

01

有机小分子给体材料

LY：1682318，ProZn

02

有机小分子受体材料

LY：1685373，Y6-BO-4F	LY：1685630， Z-HD-4F
LY：1687715，Z-DT-2Br-γ	LY：1687717，Z-DT-2Br-γ