“氟”vs. “氯”取代？14%效率有机光伏材料体系的研究

有机太阳能电池（OSCs）具有轻质、柔性、低成本等优势，具有广泛的应用潜力。目前，OSCs已经取得了超过13%的能量转换效率（PCEs）。新型有机光活性材料（包括电子给体和电子受体）的设计与应用是提升OSCs性能的主要策略之一，其中卤原子修饰是一种十分有效的分子设计方法。例如，氟原子具有电负性强、体积小、可诱导分子间相互作用等特点，广泛应用于高效率的有机给、受体材料体系。但是，含氟材料通常具有较长的合成步骤，增加了材料的成本，不利于大规模生产。作为氟的同族元素，氯也具有较强的电负性，并且氯-碳键比氟-碳键具有更大的偶极。更重要的是，相比类似含氟化合物，含氯化合物的制备方法更简单，有利于降低材料的成本。

近年来，氟化和氯化在给、受体的材料设计中都表现突出，但是目前还缺乏对两者系统的对比研究，特别是在目前的高效率体系中。最近，中国科学院化学研究所侯剑辉研究员课题组用氟化、氯化的给、受体材料（PBDB-T-2F、PBDB-T-2Cl、IT-4F和IT-4Cl），详细地研究了两者在有机光伏材料设计中的应用。研究发现，氯化材料与氟化材料都可以取得PCEs为~13%–14%的OSCs。因为氯化在材料制备上更加具有优势，所以在未来的大规模材料生产中应得到重视。

该研究结果以“Fluorination vs. chlorination: a case study on high performance organic photovoltaic materials”为题在线发表于SCIENCE CHINA Chemistry (DOI:10.1007/s11426-018-9260-2).

点击左下角“阅读原文”可查阅全文。

通讯作者简介：

侯剑辉，中国科学院化学研究所研究员、博士生导师。2013年获得国家杰出青年科学基金资助。主要研究领域为有机太阳能电池，在化学/材料国际期刊如Nat. Mater., Nat. Photonics, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Macromolecules等期刊上发表学术论文200余篇，被引用23000余次，H-index 72。2015-2017年，入选Clarivate Analytics (Thomson Reuters )“高被引科学家”名单。