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侯剑辉

男, 中国科学院化学研究所, 教授/研究员/教授级高工或同等级别

学习/工作经历

2010年10月-至今: 中国科学院化学研究所高分子物理与化学实验室,课题组长,研究员,博导。
2008年10月-2010年10月: 美国朔纶能源公司(Solarmer Energy Inc.)职务:研究部主管。
2006年11月-2008年9月:美国加州大学洛杉矶分校(UCLA),从事博士后研究工作。
2001年9月-2006年10月:中国科学院化学研究所有机固体实验室,硕博研究生。
1997年9月-2001年7月:北京科技大学化学系,大学本科。

研究领域和兴趣

有机光伏材料与器件

主要业绩

申请人主要从事聚合物太阳能电池相关研究,主要内容包括聚合物光伏材料设计和光伏器件制备两部分。发展了几种重要的有机光伏材料分子设计方法、制备了多种高性能聚合物光伏材料、采用自主研发的材料多次获得世界领先的光伏效率。发表SCI论文200余篇,授权发明专利13项;论文他引30000余次。
自2010年起,申请人作为课题组长在中科院化学所工作,作为负责人承担了科技部863计划重点课题和国合专项、基金委面上和重点项目、中科院先导专项课题等多项研究任务;获中科院百人计划(2012)、国家杰青基金(2013)和中组部青年拔尖人才(2014)项目支持;入选中青年科技创新领军人才(2016)。
主要创新点:
(1)聚合物光伏材料分子设计方法
苯并二噻吩(BDT)单元在高性能聚合物给体材料设计中具有重要地位。2008年,申请人在国外工作期间率先将BDT类聚合物作为电子给体引入到聚合物太阳电池中,回国之后围绕该单元开展了系统的创新性研究。首先,申请人与其合作者设计了具有共轭侧基的BDT类聚合物给体材料;该分子设计策略对于增强高分子链间pi-pi堆叠程度具有显著作用,在提升链间电荷转移和传输性能方面表现出突出优势,因此聚合物材料的光伏性能得到显著提高;其次,申请人发展了一系列新方法,有效调控了BDT类聚合物的分子能级,实现了对电池开路电压的大幅提升。申请人进一步将该方法发展成为一种具有广泛适用性的分子设计策略,该方法目前已经被世界同行广泛采用。
这部分工作的代表性论文(Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 9697)他引802次;有机光电领域专家、诺贝尔奖获得者Heeger教授在其论文中(Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 1297)用“重大提高(Significant Improvements)”评价该工作。申请人受邀在重要化学期刊Acc. Chem. Res.上,以“两维共轭BDT高性能光伏聚合物分子设计”为题,围绕申请人的工作,系统总结了这部分工作的进展(Acc. Chem. Res. 2014, 47, 1595)。这部分工作对于新型、高效率聚合物光伏材料的分子结构设计具有重要的科学意义。
(2)聚合物光伏活性层中的聚集态结构调控
发展聚集态结构调控方法是领域内的重要研究内容之一。申请人通过改变活性层的溶剂加工方法、调整共轭聚合物单元结构以及链构象等方法,实现了对聚集态结构的有效调控;在上述工作基础上,研究并揭示了光伏活性层中的聚集体尺寸、高分子链间有序排列方式、聚集体纯度、垂直方向组分分布等因素与光伏性能之间的构效关系,为光伏聚合物结构设计和高性能光伏活性层制备提供了重要依据。
申请人发展的聚集态结构调控方法得到同行的广泛认可和正面评价。例如:日本东京大学的Tajima教授在其论文中(Energ. Eviorn. Sci. 2012, 5, 9756)将申请人的工作作为光伏聚合物的设计策略(design strategies)之一进行引用;光电子领域专家Janssen教授在其Adv. Mater.和J. Am. Chem. Soc.文章中评价申请人采用优化溶剂加工方法,获得了“最高效率之一”的窄带隙聚合物光伏材料 (one of the most efficient polymers)。
(3)高效率聚合物太阳能电池
申请人采用自主设计的聚合物光伏材料,系统优化了器件制备方法,多次取得世界领先的技术指标。2011年,采用PBDTTT-C-T聚合物获得7.6%的光伏效率,是当时国内研究机构报道的最高结果。2014年,采用PBDT-TS1聚合物与PCBM共混制备电池,获得了10.2%的光伏效率,该结果是同类器件的世界最高结果。自2015年以来,申请人在非富勒烯型聚合物太阳电池中依次取得11.2%(2015年底)、12.1%(2016年中)、13.1%(2017年中)和17.6%(2020年初)的光伏效率。央视新闻频道(CCTV13)采用“非富勒烯有机太阳能电池取得世界记录”对申请人工作进行了报道;上述工作取得的突出技术指标对领域的发展起到了重要的推动作用。

代表成果

1. Yong Cui, Yuming Wang, Jonas Bergqvist, Huifeng Yao, Ye Xu, Bowei Gao, Chenyi Yang, Shaoqing Zhang, Olle Inganäs, Feng Gao*, and Jianhui Hou*, Wide-gap non-fullerene acceptor enabling high-performance organic photovoltaic cells for indoor applications, Nature Energy 2019, 4 (9), 768-775.
2. Jianhui Hou*, Olle Inganas, Richard H. Friend and Feng Gao*, Organic solar cells based on non-fullerene acceptors. Nat. Mater. 2018,17,119-128.
3. Shaoqing Zhang, Yunpeng Qin, Jie Zhu, and Jianhui Hou*, Over 14% Efficiency in Polymer Solar Cells Enabledby a Chlorinated Polymer Donor, Av. Mater. 2018, 1800868.
4. Zhao, W. C.; Li, S. S.; Yao, H. F.;* Zhang, S. Q.; Zhang, Y.; Yang, B.; Hou, J. H.*: Molecular Optimization Enables over 13% Efficiency in Organic Solar Cells. J. Am. Chem. Soc. 2017,139,7148-7151.
5. Zhao, W. C.; Qian, D. P.; Zhang, S. Q.; Li, S. S.; Lnganäs, O.; Gao, F.*; Hou, J. H.*: Fullerene-Free Polymer Solar Cells with over 11% Efficiency and Excellent Thermal Stability. Adv. Mater 2016, 28, 4734–4739.
6. Zhang, S. Q.; Ye, L.; Zhao, W. C.; Yang, B.; Wang, Q.; Hou, J. H.*: Realizing over 10% efficiency in polymer solar cell by device optimization. Science China-Chemistry 2015, 58, 248-256.
7. Ye, L.; Zhang, S. Q.; Huo, L. J.; Zhang, M. J.; Hou, J. H.*: Molecular Design toward Highly Efficient Photovoltaic Polymers Based on Two-Dimensional Conjugated Benzodithiophene. Accounts of Chemical Research 2014, 47, 1595-1603.
8. Huo, L. J.; Zhang, S. Q.; Guo, X.; Xu, F.; Li, Y. F.*; Hou, J. H.*: Replacing Alkoxy Groups with Alkylthienyl Groups: A Feasible Approach To Improve the Properties of Photovoltaic Polymers. Angewandte Chemie-International Edition 2011, 50, 9697-9702.
9. Chen, H. Y.; Hou, J. H.*; Zhang, S. Q.; Liang, Y. Y.; Yang, G. W.; Yang, Y.; Yu, L. P.; Wu, Y.*; Li, G.: Polymer solar cells with enhanced open-circuit voltage and efficiency. Nature Photonics 2009, 3, 649-653.
10. 大会报告:侯剑辉,“有机光伏近期进展与未来挑战”,2019年,2019年全国高分子学术论文报告会,西安。

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