近日，西安科技大学在有机太阳能电池研究领域取得突破性研究进展。材料学院李宇翔副教授课题组与欧洲科学院院士、香港城市大学任广禹教授团队合作，对规整窄带隙聚合物受体材料设计、合成及其在全聚合物有机太阳能电池应用进行了研究，并获得了创纪录的全聚合物太阳能电池转化效率15.8%，为当前报道的最高效率值。

创纪录 全聚合物太阳能电池转化效率达最高效率值

日前，《Journal of the American Chemical Society》（美国化学会志）发表题为“High Efficiency (15.8%) All-Polymer Solar Cells Enabled by a Regioregular Narrow Bandgap Polymer Acceptor”的研究成果，西安科技大学李宇翔副教授和香港城市大学任广禹教授为通讯作者。这一突破性的研究成果被国内多家媒体与平台报道(如X-MOL资讯、高分子科学前沿、知光谷、材料科讯、高分子科技等)，也受到该领域国内外同行们的广泛关注与高度评价。

聚合物太阳能电池(PSCs)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。近两年，得益于稠环类小分子受体 (SMAs)材料的快速发展，PSCs已实现超过18%的能量转换效率 (PCE)，为有机光伏的大规模生产和商业化应用带来了巨大信心和动力。相较于SMAs基PSCs，全聚合物太阳能电池 (all-PSCs，电子给体和电子受体皆为聚合物半导体)则拥有更为优异的形貌稳定性和机械耐久性，在柔性、可穿戴电子器件领域展现出广阔的应用前景。然而，受限于高性能聚合物受体材料的匮乏，目前all-PSCs的器件效率却远滞后于基于SMAs的PSCs。

新型高效区域规整聚合物受体PZT-γ的设计思路示意图

近期，“SMAs聚合化”设计策略的提出推动了一系列新型聚合物受体材料的开发，使得all-PSCs的效率得到大幅提升。尽管如此，现有的该类聚合物受体面临在近红外区域光捕获能力不足，相应的all-PSCs器件能量损失较大等问题，由此制约了all-PSCs的进一步发展。另一方面，“SMAs聚合化”策略通常采用的端基普遍存在异构体(IC-Br-γ和IC-Br-δ)，导致聚合过程中反应位点的不确定性，进而引发聚合物产物出现区域异构问题。

基于苯并三氮唑稠环小分子的区域规整窄带隙聚合物受体PZT-γ及创纪录的全聚合物太阳能电池性能(PCE=15.8%)

针对以上问题，西安科技大学李宇翔副教授与香港城市大学任广禹教授研究团队合作提出采用结构调整与规整控制的设计策略，构建了基于弱缺电子单元-苯并三氮唑(BTz)稠环中心核的窄带隙聚合物受体PZT和PZT-γ，并系统研究了all-PSCs的光伏性能。研究证明：结构调整和规整控制使新型聚合物受体PZT-γ实现了较强的近红外光吸收(~920 nm)和独特的分子主链堆积特性。最终，基于PZT-γ的all-PSCs取得了高达24.7 mA/cm2的短路电流密度和低至0.51 eV的能量损失, 其PCE跃至15.8% (当前报道的all-PSCs的效率最高值)。该研究为设计高效聚合物受体材料提供了新的思路和方向。

新突破 发表首篇高水平高质量研究成果

2020年6月，美国化学会ACS Applied Materials & Interfaces (SCI一区top期刊，影响因子8.456) 以“Towards Efficient All-Polymer Solar Cells via Halogenation on Polymer Acceptor”为题，报道了材料学院秦红梅、李宇翔副教授研究团队在全聚合物太阳能电池(all-PSCs)材料与器件方面的研究成果，该研究通过采用卤素修饰骨架结构的策略，构建了3种基于“小分子聚合化”的新型聚合物受体材料并应用于全聚合物太阳能电池研究。

不同卤素修饰的新型聚合物受体及相应的电子传输性能与结晶特性

该研究发现卤素修饰的π-桥单元并没有对此类聚合物受体材料的光学带隙和能级结构产生影响，但可以改善电荷传输特性和混合薄膜结晶度。最终，基于聚合物受体PIDIC-2T2Cl (氯化修饰)的all-PSCs实现了7.5%的能量转化效率，对比结果证明卤素修饰的构建方式能够进一步优化此类聚合物受体，从而提升all-PSCs性能。该研究是西安科技大学材料学院有机光电材料研究所成立以来的首篇高水平高质量研究成果。

好成果 成长路硕果累累

此次研究成果的发布已经不是李宇翔的第一次发表高水平研究了，1988年出生的李宇翔，从小就是人们眼中“别人家的孩子”，一路品学兼优。博士从韩国国立釜山大学高分子化学专业毕业后，来到西安科技大学材料学院任教，依托西安科技大学材料学院成立有机光电材料研究所。先后公开发表国内外高水平SCI论文20余篇，以第一作者/通讯作者发表论文11篇，其中中科院一区Top期刊论文10篇。所发表的研究成果受到了国内外同行的关注，多次受邀参加美国材料学会 (MRS)、美国SPIE2015及国际ICSM2016学术会议，并做学术报告。先后获得并主持国家“香江学者计划”、陕西省自然科学基金-青年项目、西安科技大学优秀青年科技基金项目等。

生活中的李宇翔性格比较随和，与同事相处融洽，与学生亦师亦友，倾心尽力指导学生。“在我本科毕业设计的时候，李老师耐心、认真和负责的指导态度给我们留下了深刻印象。毕业设计实验中，他几乎手把手教导我们，还记得他幽默又生动的一句话让我至今难忘，他说‘硅胶柱就是你们的男朋友或者女朋友’。意思是，每位从事有机合成研究的工作者，天天与硅胶柱（提纯产物的方法）打交道的，只有对硅胶柱付出耐心和热情，提纯实验才会顺利。”2018级研究生王英英对导师的这句话记忆犹新，他对科研工作的热爱与执着影响着他的每一位学生。

孔雨欣是去年才上的研究生，短短一年的时间，给他留下深刻印象的是每周的组会李老师都会按时参加，认真的聆听每个学生的工作进展和文献报告，然后针对实验工作中的问题给出明确有效的解决方案，并很耐心的给我们讲解不懂的知识点。“这样的周会帮助我在科研上有了快速地成长。李老师的言传身教也让我在为人处事上有了很大进步。”

2019年度“香江学者计划”发布，全国共60人入选该计划，李宇翔位列其中。目前，李宇翔依托国家“香江学者计划”项目与香港城市大学Prof. Alex K.-Y. Jen 团队进行合作，致力于新型窄带隙聚合物受体材料的设计、合成与光伏性能等研究，力争发展一种高效率、优秀机械性能和长期稳定性的全聚合物太阳能电池器件，推动此类电池在柔性、可穿戴以及便捷式电子领域的应用。