闵杰研究员长期从事有机光电功能材料的设计合成、形貌物理与器件稳定性研究、器件结构与工艺研发以及柔性电池产业化等研究，重点开发第三代柔性有机太阳能电池技术。截止2020年5月，以第一或通讯作者发表学术论文60余篇，包括Joule, Nat. Commun., Energy Environ.Sci., Adv. Mater., Angew Chem等。在谷歌学者中论文被引用5000余次，H-index 37。
Joule: 13.44％效率！全聚合物太阳能电池最高值
由聚合物供体（PD）和聚合物受体（PA）的混合物组成的全聚合物太阳能电池（all-PSC）引起了广泛关注。但是，目前all-PSC的功率转换效率（PCE）约为11%，这主要是由于缺乏高性能的聚合物受体和由于聚合物的自聚集而导致的PD-PA对互溶性差。
武汉大学的闵杰等人报道了一种具有低光学带隙和高吸收系数的聚合物受体PYT，并建立了PYT的平均分子量（Mn）与PD-PA混溶性之间的友好关系，从而获得了理想的共混形态。PYT（PYTM）的中等Mn产生合适的PM6：PYTM对可混溶。因此，最终的器件显示出了13.44％的高效率，这是目前已报道全聚合物太阳能电池的最高值。
首先，研究人员合成了一系列具有不同分子量的PYT聚合物（分别称为PYTL，PYTM和PYTH），来调整分子的结晶度和混溶性。得益于PYT系列的优势，PYT系列具有1.40–1.44 eV的窄带宽吸收和1.0×105cm-1以上的高吸收系数，在较宽的温度范围内研究了PYT系列的混合溶混性和基于带隙聚合物供体(PM6)的器件性能。
基于PYTM的全聚合物太阳能电池表现出13.44％效率，优于基于PYTL（12.55％）和PYTH（8.61％）的器件。该结果提供了对聚合物受体主链和分子质量的深入了解，并提出了为全PSC合理选择聚合物的参考指南。
Wei Wang et al. Controlling Molecular Mass of Low-Band-Gap Polymer Acceptors for High-Performance All-Polymer Solar Cells, Joule, 2020.
https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.03.019
Joule: 17.2％效率！强强联手打造稳定全聚合物太阳能电池
在过去几年中，全聚合物太阳能电池（all-PSC）领域经历了快速发展，这主要是由高效聚合物受体（PA）的设计所推动的。但是，聚合物/聚合物共混体系在功率转换效率（PCE）方面仍然远远落后于聚合物/小分子受体对应物。武汉大学闵杰和香港科技大学颜河、Han Yu等人设计了近红外PA PY2F-T，并将其与聚合物供体PM6配对，以制备具有15.0％PCE的全PSC。
将PYT作为第三个组件引入PM6：PY2F-T主机系统。由于三元共混物的互补吸收带和微调的微观结构，改善后的器件PCE高达17.2％，在可见和近红外光谱区域中的外部量子效率超过80％。值得注意的是，与相应的二元体系相比，三元共混物显示出更少的能量损失，更好的光吸收和光热稳定性。这项工作促进了高性能三元全聚合物系统的发展，并为加速全聚合物POV的可能应用预示了更光明的未来。
Rui Sun et al.Achieving over 17% efficiency of ternary all-polymer solar cells with two well-compatible polymer acceptors，Joule, 2021
https://doi.org/10.1016/j.joule.2021.04.007
Joule: 通过新的品质因数平衡OPV的效率，稳定性和成本潜力
尽管由于光伏材料的优化设计在设备效率方面取得了巨大成功，但有关有机太阳能电池（OSC）的基本商业要求的稳定性和成本问题仍未解决或存在争议，这减慢了市场准入应用的引入。武汉大学闵杰团队提出了一个令人振奋的发现，即随着有源层厚度的减小，热稳定性会逐渐增加，甚至在150°C的热应力下甚至超过初始效率的100％。
通过研究作为参考实例的PM6：Y6的形态演变的热力学和动力学进一步证实了这一趋势。扩展的研究发现，光热稳定性和共混物厚度之间存在相似的相关性。
因此研究人员提出了一种新的可靠的工业品质因数（i-FOM2.0），其中包括四个主要因素：效率，光热稳定性，合成复杂性和有源层厚度。该工作提供了一种有希望的折衷策略，以减少效率，稳定性，成本之间的差距，并加速OSC的商业化。
Wenyan Yang et al.Balancing the efficiency, stability, and cost potential for organic solar cells via a new figure of merit，Joule, 2021
https://doi.org/10.1016/j.joule.2021.03.014
Joule：效率超过11%，单组分聚合物太阳能电池
将供体 (D) 和受体 (A) 部分共价连接到单一材料中可能是实现高效激子解离和电荷生成的有效策略。武汉大学闵杰等人合成了一种共轭 D-A 嵌段共聚物 (PBDB-T-b-PYT)，其中供体嵌段 (PBDB-T) 连接到受体嵌段 (PYT)。与含有高分子量 PBDB-T 和 PYT 的本体异质结 (BHJ) 混合物相比，在单组分 PBDB-T-b-PYT 薄膜中观察到更有效的激子解离和电荷转移 (CT)。
值得注意的是，仅由 PBDB-T-b-PYT 制成的单组分有机太阳能电池 (SMOSC) 的功率转换效率 (PCE) 为 11.32%，经认证的 PCE 为 10.8%。此外，与对照 PBDB-T:PYT BHJ 器件相比，在 PBDB-T-b-PYT SMOSC 中还观察到更高的形态稳定性和更低的能量损失。结果表明，新设计的 PBDB-T-b-PYT 为高效稳定的 SMOSC 的 D-A 嵌段共聚物提供了一种有前途的设计策略。
Yao Wu et al. A conjugated donor-acceptor block copolymer enables over 11% efficiency for single-component polymer solar cells, Joule, 2021
https://doi.org/10.1016/j.joule.2021.05.002
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435121002063#!
闵杰简介
闵杰研究员2017年1月入职武汉大学高等研究院，任特聘研究员。
硕士期间（2008-2011年）在中科院化学所李永舫院士课题组从事有机高分子设计与合成研究工作；2011年10月加入德国埃尔兰根-纽伦堡大学Christoph J. Brabec教授课题组攻读博士学位，方向为器件物理。2015年10月博士毕业后继续留在该组和在纽伦堡能源产业园从事博士后研究工作。
注: 部分内容转载于武汉大学教师个人主页
原文刊载于【知光谷】公众号
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