在光能轉化為電能方面，全高分子太陽(yáng)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(wú)機太陽(yáng)能電池相比，具有柔性、成本低、重量輕的突出優(yōu)點(diǎn)，已成為太陽(yáng)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(lèi)和數量遠遠少于p型高分子半導體，因此開(kāi)發(fā)n型高分子半導體材料是發(fā)展全高分子太陽(yáng)能電池的核心。
中國科學(xué)院長(cháng)春應用化學(xué)研究所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(fā)展n型高分子半導體的策略，并發(fā)展出兩類(lèi)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(yáng)能電池器件效率與經(jīng)典的酰亞胺類(lèi)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。進(jìn)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(gè)硼氮配位鍵取代碳碳共價(jià)鍵，使共軛高分子的LUMO/HOMO能級同時(shí)降低0.5–0.6eV，將常見(jiàn)的p型高分子半導體給體材料轉變?yōu)閚型高分子半導體受體材料；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(lián)聯(lián)吡啶，再用于構建n型高分子半導體受體材料。
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(diǎn)?；谠摢毺氐碾娮咏Y構，在得到全高分子太陽(yáng)電池器件效率6%的同時(shí)，實(shí)現了光子能量損失0.51 eV，突破了傳統有機太陽(yáng)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。
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