中国科学院有机固体重点实验室

有机固体研究主要是探讨有机功能分子的聚集态结构、光电磁等物理性能以及它们在分子器件方面的应用，涉及到化学、物理、电子学等学科，属于新型前沿交叉研究领域。有机固体领域中的有机、高分子光电磁功能材料的研究是新材料领域中的重要内容，而分子器件是纳米科技的目标之一。有机固体研究已成为21世纪化学科学中的重要研究方向之一。

半透明有机太阳能电池研究进展

半透明有机光伏(ST-OPVs)相比其它无机光伏技术,因为其活性层材料可调节的电子能级和选择性的吸收光谱,在作为温室的发电屋顶、现代建筑外墙和采光玻璃等应用中具有本征优势.随着高效窄带隙聚合物给体和近红外非富勒烯受体材料的快速发展, ST-OPVs的光利用效率在过去十年取得了显著进展,本征和具有光学修饰的半透明器件的光利用效率分别超过了3%和5%.为了进一步推动半透明有机光伏技术的实用化,进一步提升器件的光利用效率仍是研究重点.基于此,本文分别从半透明器件的理论模型、活性层材料设计和器件光学修饰等角度综合评述了近期ST-OPVs的重要进展,为未来器件性能的优化提供了参考.

几种可溶性有机半导体材料的合成与器件表征

以6,13-并五苯二酮为原料,利用Grignard试剂进行加成反应,合成了4种6,13-取代的并五苯衍生物.产物经IR和MS进行了结构鉴定.产物进行了器件表征,对它们的迁移率和开关电流比因素进行了探讨.

具有鲁棒性机械性能和高弹性的超长室温磷光共价有机框架弹性体

开发具有持久稳定室温磷光的弹性体材料是柔性电子学和光子学领域的一大挑战.本文报到了一种高度可拉伸、高机械强度且可持续发光的室温磷光共价有机框架弹性体(SPU-D230-UPy COF)材料.该材料由烷基链软段与含多重氢键硬段限域共价有机框架而组成,展现出高的机械性能和高弹性.在除去365 nm的激发后,具有明亮且持续的室温磷光发射特性(发光时间持续3.0 s).力学研究表明,其具备约33.5 MPa的强度、约188.26 MJ/m3的优异韧性以及约76.6 MPa的杨氏模量.同时该弹性体即使经历反复的机械变形也能保持优异的光学性能.本研究为发光弹性体在可穿戴设备、柔性显示器和防伪设备等方面的应用奠定了基础.

三元有机太阳能电池光电转换效率超过20%

有机太阳能电池因其质轻、柔性、半透明和可通过溶液加工实现大面积器件制备等特性,在可穿戴电子设备和建筑一体化等领域展现出巨大的应用前景.相比于无机半导体材料,有机半导体材料通常具有较低的介电常数,其吸收光子后产生的Frenkel激子受库伦力束缚作用,无法直接解离成自由电荷.1995年,Heeger等人[1]提出“本体异质结”概念,即给体材料和受体材料在整个活性层范围充分混合,一方面提供大量给/受体界面用于光生激子解离,另一方面形成连续互穿的给/受体相分离结构用于高效电荷传输.

有机电化学晶体管分子材料与功能器件研究进展

有机电化学晶体管通过离子-电子耦合调控共轭分子的电子结构和导电能力,被认为是下一代柔性智能电子的理想载体.本文结合电化学掺杂工作原理,总结了有机电化学晶体管分子材料在离子-电子耦合性能以及在可拉伸性、机械顺应性和生物黏性等力学特征的研究进展,并介绍了器件在互补逻辑电路、生物传感和仿生神经突触等方面的功能应用.此外,从有机共轭分子设计、界面修饰、离子动力学调控和器件结构开发等方面入手,分析了提升器件性能和推动器件多功能化的研究策略,展示了有机电化学晶体管在智能电子方面的重要研究价值.最后,详细探讨了有机电化学晶体管在面向传感-适应-反馈-处理的一体化智能感知器件和低成本商业化制备等方面的关键挑战与机遇.

视觉感知功能化有机光电器件研究进展

视觉感知是人与自然界最为重要的交互方式之一,提供了人体80%以上的外部环境信息.基于此,视觉仿生成为智能感知材料与器件研究中的前沿方向.过去30年,基于有机半导体的光电传感与感知器件历经多代发展,创新了光刺激(强度、色度等)的高灵敏度和选择性传感检测,并拓展了复杂的类生物视觉信号识别、学习与处理功能,已经成为新兴的跨学科领域.本文从单元光敏感的有机光电器件和多功能集成,介绍面向视觉感知功能化的有机光探测器、有机光电突触和有机适应型器件的构建策略和研究进展,并从柔性矩阵化和功能集成的视觉信号成像、学习与编码概述了新一代有机智能感知电子器件的仿生应用探索.

液相法制备Sb_2Se_3纳米材料研究进展

硒化锑(Sb2Se3)是一种具有正交晶型直接带隙半导体化合物,由于其具有良好的光电效应和热电性能,在光电化学装置、光电和热电冷却涂层器件以及太阳能设备等领域备受关注。本研究概述了近年来液相法制备纳米硒化锑研究进展,并对其发展趋势进行了展望。

共轭聚合物受体光伏材料和全聚合物太阳电池

全聚合物太阳电池(all-PSCs)由p-型共轭聚合物给体和n-型共轭聚合物受体共混活性层夹在ITO透明电极和金属顶电极之间所构成,除具有一般有机太阳电池器件结构简单、质量轻、可以制备成柔性和半透明器件等优点外,还具有形貌和光照稳定性好及抗弯折性能高等突出特点,最近成为有机太阳电池领域的研究热点。给体和受体光伏材料的吸收互补和能级匹配是获得高效all-PSC的关键。本文将介绍n-型共轭聚合物受体光伏材料的发展历史,重点介绍最近发展的窄带隙小分子受体高分子化的聚合物受体光伏材料,基于这类聚合物受体光伏材料的全聚合物太阳电池的能量转换效率已经超过了15%。最后对共轭聚合物受体光伏材料和全聚合物太阳电池下一步的研究方向和研究重点进行了展望。

少层石墨双炔薄膜的液相范德华外延生长法

新型低维碳材料的探索与制备是纳米碳材料领域的重要挑战。石墨炔(Graphyne)是一种二维(2D)碳的同素异形体材料^1,由sp和sp^2两种杂化态的碳原子共同构成,在二维平面内具有均一分布的孔洞结构,因此具有与富勒烯(0D),碳纳米管(1D)和石墨烯(2D)完全不同的电子结构和骨架结构,同时,炔键的存在也赋予了石墨炔与仅由sp^2碳原子构成的碳材料不同的物理和化学性质。

二维平面和范德瓦耳斯异质结的可控制备与光电应用

自石墨烯被发现以来,二维材料因其优异的特性获得了持续且深入的探索与发展,以石墨烯、六方氮化硼、过渡金属硫化物、黑磷等为代表的二维材料相关研究层出不穷.随着二维新材料制备与应用探索的不断发展,单一材料性能的不足逐渐凸显,研究者们开始考虑采用平面拼接和层间堆垛所产生的协同效应来弥补单一材料的不足,甚至获得一些新的性能.利用二维材料晶格结构的匹配构建异质结,实现特定的功能化,或利用范德瓦耳斯力进行堆垛,将不同二维材料排列组合,从而在体系里引入新的自由度,为二维材料的性质研究和实际应用打开了新的窗口.本文从原子制造角度,介绍了二维平面和范德瓦耳斯异质结材料的可控制备和光电应用.首先简要介绍了应用于异质结制备的常见二维材料的分类及异质结的相关概念,然后从原理上分类列举了常用的表征方法,随后介绍了平面和垂直异质结的制备方法,并对其光电性质及器件应用做了简要介绍.最后,对领域内存在的问题进行了讨论,对未来发展方向做出了展望.

双层石墨烯的化学气相沉积法制备及其光电器件

石墨烯是一种具有优异性质,在光电及能源领域具有巨大应用前景的二维材料.尽管单层石墨烯具有超高的迁移率,但是它的能带结构具有狄拉克锥(K点),即价带和导带并未有明显分离,所以在半导体器件方面的应用受到一定的限制.由双层石墨烯搭建而成的双门器件,在施加外加电场的情况下,它的带隙可以打开,并在一定范围内可调,这种性质赋予了双层石墨烯在半导体器件应用方面的前景.然而机械或者液相剥离石墨烯,在层数和大小方面可控性较差.如何通过化学气相沉积法可控制备双层石墨烯是目前研究的核心问题之一.本文主要综述了如何通过化学气相沉积法制备双层石墨烯和制备双层石墨烯器件的一系列工作,其中包括最新的研究进展,对生长机理的研究做了详细的介绍和讨论,并对该领域的发展进行了展望.

基于无规三元共聚物的非卤溶液加工型高效聚合物太阳能电池（英文）

在本工作中,我们以烷硫基噻吩基取代的苯并二噻吩(BDTT-S)为给体单元、5,6-二氟取代苯并三唑(FBTz)和噻唑并噻唑(TTz)为弱吸收电子受体单元,设计合成了一系列宽带隙的无规三元共聚物给体材料。通过改变两个受体单元FBTz和TTz在聚合物中的摩尔比,有效调节了聚合物的光学、电化学、分子排列以及电荷传输性能。最终,使用非卤溶剂为加工溶剂,以三元共聚物PSBTZ-60为给体、ITIC为非富勒烯受体的聚合物太阳能电池(PSCs)获得了10.3%的能量转换效率(PCE),其中开路电压为0.91 V,短路电流为18.0 mA·cm-2,填充因子为62.7%;与之相比,在相同的器件制备条件下,基于PSTZ:ITIC的PSCs仅获得8.5%的PCE,基于PSBZ:ITIC的PSCs也仅获得8.1%的PCE。这些结果表明:三元无规共聚能够作为一种简单且实用的策略去设计、合成高性能聚合物光伏材料。

有机场效应晶体管传感器研究进展

基于有机半导体的自身特点和场效应晶体管的信号转化与放大功能,有机场效应晶体管(OFET)被认为是构建高性能电学传感器的有效载体.近年来,随着传感功能半导体和器件构建策略的开发,OFET传感器逐渐成为该领域的前沿研究方向.目前,OFET传感器的种类日益丰富,灵敏度等传感性能指标不断提升,在环境检测、健康监测以及人工智能领域显示出广泛的应用前景.本文将从传感检测物种类和器件构筑策略角度对OFET传感器的最新研究进展进行综述,并对其发展方向进行展望.

基于聚合物给体/有机小分子/富勒烯受体的三元共混有机太阳能电池

成功构筑了基于聚合物给体P3HT/有机小分子TT-TTPA/富勒烯受体PC61BM的三元共混有机太阳能电池.共轭有机小分子TT-TTPA与PC61BM有很好的相容性,相分离很小.溶剂退火和热退火时,含量相对较少的TT-TTPA容易从P3HT相中脱离出来进入PC61BM相,增加P3HT的结晶空间,从而提高P3HT的结晶度和相纯度.通过引入少量的第三组分TT-TTPA,制备的三元共混有机太阳能电池获得了4.41%的能量转换效率,相对于P3HT/PC61BM二元共混体系的效率(3.85%)提高显著.

溶液法制备的有机薄膜晶体管研究进展

近年来,随着有机半导体材料的设计、合成以及新技术的开发利用,溶液法制备的有机薄膜晶体管(Organic thin-film transistors,OTFTs)取得了快速发展。本文简单介绍了OTFTs的结构和工作原理,总结了近几年来可溶液法加工的有机半导体材料、介电材料和电极材料的研究进展,讨论了OTFTs的溶液法制备技术,最后对OTFTs发展面临的问题和发展前景进行了探讨。

具有感知功能的有机场效应晶体管研究进展

伴随着光电子学不断向智能化方向演化,发展具有感知功能的有机光电材料与器件成为重要的交叉前沿方向.有机场效应晶体管通过电场调控半导体分子的导电状态,不但能够结合电子开关功能构建本征柔性的逻辑与驱动电路,还可以结合多功能分子的设计与界面调控,制备具有化学/生物/物理信号传感、突触功能和适应功能的电子器件.过去十年,具有感知功能的有机晶体管研究日趋受到关注并取得快速发展.本文从有机半导体的分子设计、界面修饰、器件设计等方面概述有机场效应晶体管的感知功能化研究进展,重点介绍适应性有机晶体管方面的研究策略和发展现状,最后总结有机晶体管在感知功能研究方面的挑战与机遇.

太阳光照下酞菁类有机半导体光催化C-H活化合成联芳基功能材料

有机共轭功能材料由于具有优异的光学和电学性能在有机光电子学领域备受关注和研究.发展简单、高效、绿色的有机功能材料合成方法是该领域研究中的一个重要课题.本研究发展了一种通过酞菁类有机半导体材料作为催化剂光催化C–H活化合成联芳基类功能材料的绿色方法.以酞菁类半导体材料为光催化剂,采用日常生活中最常见的清洁能源太阳光为光源,实现了室温下通过光催化直接C–H活化的方式合成联芳基化合物.研究发现, TiOPc(酞菁氧钛)半导体材料的催化活性最高,且对不同的芳基功能团展现了良好的催化活性.并以TiOPc作为光催化剂,合成了具有常见蒽类骨架结构的半导体功能材料,拓展了有机半导体功能材料的合成途径.

环境友好型有机热电和薄膜晶体管材料的研究进展

有机半导体是新一代光电材料的重要体系,在柔性显示、发电和传感等领域具有广阔的应用前景.现有可溶有机半导体大多使用含氯溶剂,对人体健康和生态环境造成危害.伴随着光电子产业向环境友好方向发展,可绿色溶剂加工的有机半导体受到广泛关注并取得快速发展.本文从有机半导体的分子设计、溶剂选择、加工方法等方面综述了可绿色溶剂加工的有机半导体研究进展,重点介绍分子设计策略和相关材料在有机薄膜晶体管和有机热电器件中的应用,最后总结了环境友好型的有机半导体面临的挑战与机遇.

基于微纳银透明电极的柔性有机太阳能电池研究进展

高性能的柔性透明电极是实现高效柔性有机太阳能电池的关键因素之一.以银为代表的微纳金属透明电极,如网格银以及银纳米线等,具有高导电性、高透光性、优异的耐机械弯曲性以及低成本等特点,是柔性有机太阳能电池中常用的透明电极材料.在近10年的研究中,基于微纳银透明电极的柔性有机太阳能电池实现了光电转换效率的不断突破.本文首先介绍了网格银与银纳米线的几种不同的制备方法;接着对银纳米线薄膜导电性的优化方法进行了总结,并综述了基于微纳银透明电极的柔性有机太阳能电池的研究进展;最后对基于微纳银透明电极的高效柔性有机太阳能电池的后续研究所面临的挑战进行了展望.