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高效率三元小分子太阳能电池—三元策略
注：文末有研究团队简介及作者科研感悟
北京交通大学张福俊教授（点击查看介绍）课题组自2012年开始研究三元体系有机太阳能电池， 陆续成果验证了三元策略在聚合物/聚合物体系、聚合物/小分子体系的可行性。研究发现第三组份的分子结构、能级位置与原给受体的兼容性对器件的工作机理起着决定性作用，初步揭示了微结构与器件工作机理间的密切联系。目前三元体系有机太阳能电池中第三组份与原体系间的工作机制主要有：能量传递、电荷转移、平行结构、合金模型。近期，张福俊教授课题组系统地研究了基于DRCN5T:DR3TSBDT:PC71BM体系的三元小分子太阳能电池，其效率达到了10.16%，其工作机理是合金模型。这是目前所报道的三元小分子太阳能电池最高值，也进一步验证了三元策略在有机小分子电池中的普适性。论文发表在Nano Energy上（DOI: 10.1016/j.nanoen.2016.10.021）[1]。
在该项研究中，张福俊教授课题组首次提出了一种简单的方法来研究三元有机太阳能电池的工作机制：根据材料的吸收范围，选择特定波长的截止滤光片，调控太阳光照射到器件上的波长范围。使照射到器件上的光子只能被一种材料吸收，通过研究不同掺杂浓度三元器件开路电压的变化，判断三元体系中载流子的传输途径，确定该三元有机太阳能电池的工作机制。张福俊教授课题组这种研究三元体系中载流子传输动力学过程的方法，也在聚合物/小分子体系中得到验证（Nano Energy, 2016, 26, 180-191）[2]。
这项工作得到了国家自然科学基金、北京交通大学“卓越百人”计划、博士生创新基金的大力支持。
上述两项工作都是由博士生安桥石以第一作者身份完成的。
1. 该论文作者为：Qiaoshi An, Fujun Zhang, Xinxing Yin, Qianqian Sun, Miao Zhang, Jian Zhang, Weihua Tang, Zhenbo Deng
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285516304396
High-performance alloy model-based ternary small molecule solar cells
Nano Energy, 2016, 30, 276-282, DOI: 10.1016/j.nanoen.2016.10.021
2. 该论文作者为：Qiaoshi An, Fujun Zhang, Qianqian Sun, Miao Zhang, Jian Zhang, Weihua Tang, Xinxing Yin, Zhenbo Deng
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285516301422
Efficient organic ternary solar cells with the third component as energy acceptor
Nano Energy, 2016, 26, 180-191, DOI: 10.1016/j.nanoen.2016.05.018
张福俊教授简介
张福俊，教授、博士生导师，2007年毕业北京交通大学获得工学博士学位，先后破格评为副教授、教授，并入选北京交通大学首批卓越百人“第三层次”计划。
主要从事有机光电子材料与器件物理方面的研究，研究方向（一）：高效率三元有机光伏器件制备及机理研究，特别是双给体材料间激发态动力学过程、载流子传输的动力学过程、微纳结构（分布）与器件机理的内在联系等方面，首次提出：利用纯给体器件的J-V特性，研究分子间电荷转移、能量传递过程；首次报道了利用截止滤光片的方法研究三元体系中载流子传输的动力学过程；近期，首次报道了三元体系有机小分子光伏器件的光电转换效率大于10%。研究方向（二）：首次报道了基于P3HT:PCBM体系的光电倍增型有机光探测器，成果解释了器件的工作机理：光照下界面陷阱中的电子诱导能带弯曲，增强空穴从外电路中的注入，获得较高的光电响应；成功制备出超窄响应的有机光电探测器（半高全宽小于30纳米），且在-60V偏压下增益达到500。
http://www.x-mol.com/university/faculty/26738
张福俊教授的科研感悟
科学研究必须要有自己的特色，研究方向要与课题组的特长紧密结合在一起，关键在于选准有潜力、有价值的方向，贵在坚持。要保持清醒的头脑，常自己回答几个问题：为什要确定这个方向？这个方向有没有研究价值、应用前景？课题组的特长是什么？确定的研究方向与课题组的特长是否在一条主线上？5年前，钙钛矿电池风靡整个有机/无机材料与器件领域，课题组要不要跟进？跟进的速度有多快？相关的知识储备够不够？实验条件行不行？等等一系列问题在相互碰撞着，最终决定不能跟进。必须要开辟有自己特色的研究方向，从而开启了“三元光伏器件”和“光电倍增型有机光电探测器”的研究。经过不断的努力探索，近3年课题组在影响因子5以上的期刊上发表了20多篇高水平论文，其中2篇是ESI高被引论文，5篇影响因子大于10的论文。光电倍增型探测器的工作被诺贝尔奖获得者Alan J. Heeger教授发表在Chem. Soc. Rev., 2016, 45, 4825的文章中高度评价："张的工作为解决红外探测器低响应和高暗电流的问题提供了一个重要的研究方向”。已被编入英文专著《Photodetectors》中，ISBN:9781782424451。回顾近几年的发展历程，时间和精力上投入是至关重要的，常常带着问题走在回家和上班的路上，必须要深入思考才有可能想出新思路、新方法、新手段。看到实验现象必要要思考为什么会出发这样的现象，可能是怎么引起的，要提出几种可能，之后再设计实验去验证其可能性。能从事科学研究的人们，智商都差不多了，关键看谁更投入时间、精力，拼的是毅力，比的是速度。实验开始前要想清楚几个问题：为什么要做这个实验，有可能会观察到什么现象，机理是什么？实验中出现的任何现象都是好的，性能变差了也要搞清楚有可能的原因。没有毅力、不能潜心钻研是很难成功的，翻山越岭之后的风景只有践行者才能体会的，成功属于那些坚强的人。加油吧，持之以恒的努力一定会取得意外的收获。