聚合物太阳能电池综述

1、创作时间：二零二一年六月三十日北京化工年夜学之马矢奏春创作创作时间：二零二一年六月三十日研究生课程论文论文题目：聚合物太阳能电池研究进展学院名称：化学工程学院课程名称：科学研究方法任课教师：刘研萍学号：2015200383 姓名：刘俊文专业：资料科学与工程日期：2016 年1月15日聚合物太阳能电池研究进展摘要：聚合物太阳能电池作为一个新的研究领域，为能源危机带来了新的希望.本文综述了聚合物太阳能电池的工作原理和结构 以及罕见的太阳能电池资料，着重介绍了近年来太阳能电池新资料 的发展状况，并对聚合物太阳能电池的为来发展趋势做出展望.关键词：聚合物太阳能电池，给体资料，受体资料太阳能是一种易于获

2、取、平安、洁净无污染、取之不尽用之 不竭的新能源，为人们解决能源危机提供了一种新的思路.聚合物太阳能电池相对硅基太阳能电池 ，具有柔性、可溶液加工、本钱昂创作时间：二零二一年六月三十日创作时间：二零二一年六月三十日贵、轻薄、资料的分子结构的可设计性等优势.可是，与硅基太阳能电池相比，聚合物太阳能电池的光电转换效率仍相对低，制约了其年夜规模应用.因此，研究新型聚合物太阳能电池资料成为国内 外的研究热点.在过去的几十年中，太阳能电池获得了迅猛的发展.上个世纪五十年代贝尔实验室首次胜利研究出了光电转换效率为6 %的硅太阳能电池.经过半个世纪的发展，太阳能电池的光电转换效率 如今已到达 39%,而且占

3、具了 70 %左右的太阳能电池的市场，特别 是在航空、航天等高技术领域更是独领风骚.可是由于其制作工艺复杂、制作本钱高，要制备年夜面积的无机太阳能电池却面临种种 困难.于是，聚合物太阳能电池的研究逐渐受到人们的关注.科学家们在20世纪70年代起开始探索将一些具有共钝结构的有机化合 物应用到太阳能电池，由于聚合物太阳能电池具有制备工艺简单、 低本钱、质量轻、可弯曲和面积年夜等优点，进而受到各界的广泛关注，可是目前聚合物太阳能电池光电转换效率较低，文献报道中年夜约多为10.5%左右.因此，研究合成新型高效聚合物太阳能 电池迫在眉睫.1聚合物太阳能电池的基本知识1. 1聚合物太阳能电池的工作原理：聚

4、合物太阳能电池的工作原理如图1.1以及图1.2所示：当具有合适能量的光子通过ITO玻璃照射到光敏活性层上时光敏活性层上的给体或受体资料吸收光子发生激子，然后激子扩散到给体/受体界面而且在那里发生电荷分离，进而在给体上发生 空穴和在受体上发生电子，然后空穴沿给体传递到阳极并被阳极收 集，电子沿受体传递到阴极并被阴极收集，最终发生光电流和光电压.给体和受体资料的吸光性能、给体的空穴迁移率 ，受体的电子 迁移率，以及其最高占有轨道 （HOMO ）和最高空轨道（LUMO ） 能级的位置对有机光伏器件的性能有着很重要的影响.对电子能级而言，给体资料应该具有比力高的 LUMO和HOMO能级，而受体创作时间

5、：二零二一年六月三十日创作时间：二零二一年六月三十日资料却应该具有较低的LUMO和HOMO能级，这样才华保证在给体/受体界面上、给体中激子在LUMO能级上的电子可以自发地传递到受体的LUMO能级上，受体中激子在HOMOfg级上的空穴可 以自发地传递到给体的 HOMO级上，从而实现电荷的分离.简而言之，聚合物太阳能电池的光电转换可以简化为以下4个过程：(1)给体受到光激发发生激子，(2)激子扩散到D/A界面(3)激子在D/A界面分离形成一个电子-空穴对(4)自由载流子在外部电极运输和收集.聚合物太阳能电池的结构：如图1.2所示：本体异质结型聚合物太阳能电池器件的组成：下层是ITO玻璃作为正极，上

6、层是Ca/Al等金属电极作为负极 中间是由共钝聚合物给体资料和富勒烯衍生物(PCBM受体资料的共混膜作为光活性层.其中，共钝聚合物的结构对聚合物太阳能 电池的效率有着关键的影响.图1.3本体异质结聚合物太阳能电池结构(放年夜图为活性层双连续相的形貌)聚合物太阳能电池的性能参数：聚合物太阳能电池的等效电路图以及电流-电压特性曲线如图和1.5所示：图1.5电流一电压特性曲线对有机聚合物太阳能电池，主要评价参数有以下几点：(1)开路电压(Voc):是指聚合物太阳能电池在开路情况 下，电流为零时的端电压，同时也是太阳能电池发生的最年夜电压，通常单位为 V.聚合物太阳能电池的开路电压与光照强度、温度以

7、及受体资料有关，主要取决于给体的 HOMO也和受体的LUMOfg之间 的能级差：创作时间：二零二一年六月三十日创作时间：二零二一年六月三十日（2）短路电流（Jsc）:短路电流是在电压和电阻都为零时 通过的电流，即器件在没有外电场偏置情况下的电流，是在太阳能电池最年夜的输出电流，单位为mA.cm-2.短路电流的年夜小的影响因素主要有：活性层对太阳光的吸 收、电荷分离的量子效率、载流子在资料中的传输以及传输过程 中的损耗等.（3）填充因子（FF）:界说为聚合物太阳能电池的最年夜功 率与开路电压和短路电流的乘积之比，它说明了聚合物太阳能电池能够对外提供的最年夜输出功率的能力，具界说式为公式中,Vma

8、x是指最年夜输出电压；Imax是指最年夜输出电 流；Pmax是指最年夜输出功率.从伏安特性曲线（图1-5）我们可以 看出,FF就是图中两个矩形的面积之比，无量纲，而且理想的太阳能电池的FF为1.填充因子年夜小的影响因素主要有：复合膜和 电极间的接触电阻、复合膜中载流子迁移率，复合膜的厚度以及器件中的缺陷等！（4）能量转换效率（PCB :在聚合物太阳能电池中，能量转换 效率（PC6是其最重要的参数之一，它界说为最年夜输出功率与 入射的光照强度Pin之比，即：由上式可知，聚合物太阳能电池的能量转换效率与开路电压、 短路电流、填充因子以及光照强度密切相关.（5）外量子效率（IPCE）:外量子效率是外

9、电路中发生的电 子数与总的入射光子数的比值.其界说式为：式中，Pin为入射光功率，入为入射单色光的波长.从以上所述的公式可以发现，开路电压、短路电流、填充因子等因素是影响聚合物太阳能电池的能量转化效率的关键因素.提高太阳能电池伏安特性的方法有提高开路电压、短路电流和填充因 子,而且使之趋向于理想聚合物太阳能电池的伏安特性.短路电流与所吸收光的强度（单位面积和单位时间内吸收的光子数）成正 比，概况上看貌似提高有机物的厚度就能年夜年夜提高对光的吸收 强度，可是激子的扩散距离或者是载流子的复合长度必需年夜于有创作时间：二零二一年六月三十日创作时间：二零二一年六月三十日机物的厚度，这是因为半导性聚合物

10、资料的激子和电荷载流子的迁 移率相对较低?1.这一瓶颈使得器件的最年夜优化厚度为100-200nm，该厚度与光吸收深度相当（100nnj）?.另外，聚合物太阳 能电池的光谱响应其实不能对太阳能光谱所涉及范围作出很好的 回应，其光谱的响应的范围较窄，只有最年夜吸收峰位置的波长，才 华发生较为强烈的响应，其他吸收峰的波长的响应较弱，所以普通 白光下的能量转化效率与吸收峰处的单色光的能量转化效率相比 力，会弱很多.另外，制备器件之后，又使得在光能转换电能这一传 输路途上多了很多环节，每个环节都有分歧水平的光电转换损耗.这一系列的环节城市造成光电效率的降低2聚合物太阳能电池资料：给体资料和受体资料2.

11、1给体资料的主要类型：1聚曝吩（PTH及其衍生物因为聚曦吩具有合适的带隙和较高的空穴迁移率，这使得，聚嚷吩及其衍生物成为目前聚合物太阳能电池领域最为重要、最为 胜利的一类共钝聚合物给体资料.由于无取代的聚嚷吩不具备加工性能，是一种不溶不熔的固体所以我们一般通过在嚷吩的侧链上引入烷基链对其进行加工，这使得其性能获得明显改善.罕见的P3AT有聚（3-己基曝吩）、聚（3-辛基嚷吩）、聚3-十二烷基嚷吩、聚 （3-十二烷基曝吩亚乙 烯）等.其中P3HT是应用最为广泛的一类聚合物光伏资料，它具有 良好的溶解性、加工性、稳定性而且规整的P3HT还暗示出良好的自组装性能和结晶性能而被广泛研究?.以聚（3-己

12、基）曦吩（P3HT ）和C60衍生物PCBM的共混膜做为活性层的太阳能电池 在热处置的情况下的能量转换效率最高，最高PCE已经到达5溢右?.由于聚嚷吩的性能十分容易受支链取代基的影响，所以可以通过添加分歧的支链取代基来调节聚嚷吩类资料的能隙宽度以及电 子能级位置.中科院李永舫课题组设计和合成了一系列带共钝支链 的共钝聚嚷吩，他们通过调节共钝支链的长度以及聚曦吩主链上带 共钝支链嚷吩单位的比例，由此获得了在可见区具有宽吸收和强吸创作时间：二零二一年六月三十日创作时间：二零二一年六月三十日收系数的聚曝吩衍生物?，图1.6以phenylene-vinyl为共钝支链的聚嚷吩及其溶液，膜吸收光谱他们合成

13、了一种带二曝吩乙烯支链的聚曝吩（如图1-7所示）显示一个 380 650 nm 的宽而强的吸收峰，用次聚合物与 C60衍生物PCB帔混（重量比1:1）,制备的聚合物太阳能电池在 模拟太阳光（AM 1 : 5, 100 mW /cm2 ）的情况下的最高能量转化 效率到达3.18%,比以后广泛使用的聚（3-己基嚷吩）（P3HT ） 在同样实验条件下的能量转换效率提高3.8% ?.而且，他们研究组最近设计和合成了一种带共钝桥连的交联型聚嚷吩衍生物（如 图1-8所示），在高迁移率共钝聚合物资料方面也取得了很年夜进 展，含5%共钝桥的聚合物的空穴迁移率比不含共钝桥时提高了 两个数量级，其光伏性能也有明显

14、提高?.近日，马伟等人以曝吩和苯并曝二噪交替共聚，合成了基于非对称烷基链的三联 嚷吩基D-A聚合物，使用反向器件ITO/ZnO/polymer:PC71BM/V2O5/Al,最终获得聚合物基于 P? BT- T3（1,2）-2 的器件暗示出 PCE = 10.5%（10.7% max）,VOC = 0.82 V, JSC = 18.7 mA cm -2,以及 FF = 68.3%.图1.7以thienylene-vinyl为共钝支链的聚嚷吩乙烯图1,8共钝桥连的交联型聚嚷吩衍生物2聚对苯撑乙烯（PPV）及其衍生物聚对苯撑乙烯（PPV ）由于具有价廉、质轻、低毒、良好的成 膜性能、高的光电效率和

15、光吸收系数（500nm ）,成为近年来在光电领域应用最广泛、制得器件效率最高的资料之一，在光伏资料等领域有很好的应用前景，自从1990年卡文迪许实验室胜利合成出 PPV以来，其在电致发光领域的研究迅速发展起来.PPV最先创作时间：二零二一年六月三十日创作时间：二零二一年六月三十日是作为发光二极管引起人们关注的，渐渐地其在聚合物太阳能电池中的应用被慢慢的开发出来 .由于纯的PPV是不成溶的，这就需要对PPV分子结构进行各 种修饰和改性来增加其溶解性.通常是通过在PPV的对位上引入烷 氧基，这样不单可以很好地解决其溶解性问题，而且同时还可以降低聚合物的带隙.T ajima 等合成了有序的 MDMO

16、-PPV（如图 1-9所示），其能量转换效率为3.1 %,这是目前P PV衍生物中能 量转化效率最高的聚合物.图1.9聚对苯撑乙烯衍生物 MDMO-PPV另外，通过在PPV的主链引入交替共聚的D-A单位，可以降低聚合物的HOMOO LUMOlg级.例如，可以在PPV的主链上引入吸电 子的富基等，不单降低了聚合物的能带隙，而且还使聚合物的电子亲和能提高了许多.Collated 等通过引入富基取代合成了多种Th-PPV 衍生物，如 Th-PPVd、 Th-PPVa、 Th-PPVc、 Th-PPVb （如图 1- 10所示）等.3苯并曝二噪：苯并曝二噪作为一种罕见的却电子基团，具有较强的吸电性，经

17、常使用于组建各种窄带隙聚合物.Winder和Sariciftci 等用苯并曝二噪和PCBMtt混制得的本体异质结器件，测得此器件的参 数为：Voc =0.72 V, Isc=3.1 mA?cm 2, FF = 0.37, PCE =1%.Anderson等?合成了主链含药、苯并曝二口坐和嚷吩基团的窄带 隙共聚物（如图 1-11 所示）（R1 =2-ethylhexyl, R2 = hexyl）, 用此聚合物和PCBMtt混制备获得聚合物太阳能电池器件，此器件 的 PCE为 2.2%.图1.11药、苯并曝二噪和嚷吩基团的窄带隙共聚物David等人?也发表了一篇关于苯并曝二噪的D-A型聚合物（如图

18、1-12 ）.他们用环戊联曝吩与苯并曝二噪进行交替共聚获 得了一种D-A共聚物，此聚合物的HOMOfg级为-5.1eV,LUMO能级创作时间：二零二一年六月三十日创作时间：二零二一年六月三十日为-3.55eV,将其与PCBMtt混获得的器件，能量转换效率PCE最高 到达了 3.16%.图1.12环戊联曝吩与苯并曝二噪共聚物通常情况下，共钝主链上，由于各相邻芳环之间有位阻效应的 影响，存在一定的二面角，可是梯形结构可以将它们坚持在相同平 面内，从而提高它们之间的共钝水平.Katz 等口设计并合成了共聚物（如图1-13所示），此聚合物单位链节含有多个侧链，因此可以年夜年夜增加其溶解性.此聚合物与P

19、CBM以1 : 4比例混合 制备的聚合物太阳能电池器件 ，测得其PCE为3.67%.图1-13梯形结构苯并曝二口坐以苯并曝二噪为电子受体单位，咔噪为给体单位的共聚物PCDTBT（如图1-14所示），此共聚物与PCB咖成的共混膜，用作 聚合物太阳能电池器件的活性层显示出了优的光电性能.最近，曹等门通过进一步优化活化层的形貌 ，通过使用PCDTBTW PC71BM 共混（1 : 4,w/w ）,获得了一种聚合物太阳能电池器件，这个本体异质结的太阳能电池器件的能量转化效率到达了8.4%.4聚毗咯：聚毗咯是一种被科学家发现比力早的聚合物导电体，它具有很高的电导率、而且它易于合制备成、具有良好的稳定性、

20、容易通 过电化学聚合成膜.可是，纯的毗咯却具有一些缺点，它具有不溶性、不熔性，而且很难和其他聚合物共混.通过搀杂或吸附聚合等 方法可以使其与其他高分子共混从而增强其导电性和相容性.最先制成的此类聚合物为 N-十二烷基毗咯与苯并硫代二吵曝吩的共聚 合物（PTPTB）（如图1-15所示），它和PCBM所组成的聚合物太 阳能电池器件的填充因子为0.35,此器件的能量转换效率为0.34% ?.图1.15聚毗咯（I ）N-十二烷基毗咯与苯并硫代二吵曝吩的共聚合物（n）创作时间：二零二一年六月三十日创作时间：二零二一年六月三十日5新型吓咻类给体资料：吓咻作为叶绿素的主要成份，具有较强的捕捉光子的能力以及

21、年夜的兀共钝平面结构.其较年夜的三维非线性光学相应，较强的 双光子吸收同样预示吓咻将成为有前途的光电资料.吓咻可有效利用400450nm (Soret带)和600nm (Q带)附近的光谱，以口卜 咻单位构筑的染料敏化电池，有机聚合物电池，发光二极管，场效应 晶体管都有相关的报道.吓咻及其衍生物由于它们在光化学和生化 过程的重要性，已被深入研究多年了 .近年来，北京化工年夜学的王海侨实验组以吓咻和嚷吩共聚，合成了一系列的基于吓咻的太阳能电池器件.他们以P(QP-TT),P(QP-TT-Zn)为给体资料?,以富勒烯为受体资料，获得的聚合物 太阳能电池器件PC明3.51%,如图所示：图 1-16 P

22、(QP-TT), P(QP-TT-Zn) 结构图在吓咻的基础上，他们制得奎喔琳吓咻和咄咯并咄咯二酮共聚给体 资料?,获得的聚合物太阳能电池器件的 PC国达了 5.07%图1-17奎喔琳吓咻和咄咯并咄咯二酮吓咻同样能以小分子的形式，作为给体资料应用于聚合物太阳能电 池 中，近 日， 彭 小 兵 实 验 组合成了基于 DPPEZnP-TH型聚合物太阳能电池，此器件的PCE 到达了 8.08%,如图所示图 1-18 DPPEZnP-THE 结构图1富勒烯及其衍生物目前，我们所用到的聚合物太阳能电池器件中的受体资料主要 是富勒烯及其衍生物以及其他受体资料.其中，最具代表性的受体资料是PC60BM.C6

23、0作为一类最罕见的应用最为广泛的优异受体资料，在聚合物太阳能电池方面有这广泛的应用.由于其共同的结构使其具有优异的电化学性能：C60分子的内外概况具有 60个兀电子，从而创作时间：二零二一年六月三十日创作时间：二零二一年六月三十日组成三维兀电子共钝体系，这使得其形成了高度对称性和稳定性 的结构，它最多可吸收 6个电子，有着较高的电子密度以及较强的 电离势能，而且具有良好的电子传输性能，是一种理想的电子受体. 可是未加任何修饰的C60的溶解性比力差、而且还易聚集，难以和给体资料共混成膜.因此通常对其进行修饰，经过修饰后的 C60 衍生物.溶解性好，电子迁移率也高，使其能很好的应用于聚合物太 阳能

24、电池器件中.目前最罕见的 C60衍生物为 PC60BMffi PC70BM.(如图所示)与纯的 C60相比，这两种C60衍生物具有以下几个优 占. 八、(1)光生载流子的传输速率相当快，在50fs以下.(2)拥有较高的电荷迁移率.(3)在共混膜傍边能够暗示出良好的相分离.图1-19C60及其衍生物2新型非富勒烯小分子受体资料现在，随着C60衍生物的研究受体资料日渐成熟，新型非富勒烯资料的研究也成为以后最火热的研究课题之一，近日AM上面的Joewon Lee合成了一种新的受体资料：以 SF发光资料为核心的 4-茏酰亚胺受体资料三维结构SF-POI4Front view图1-20 SF-PDI4

25、及其3D结构图他们使用这种受体资料最终获得的器件的PCEs也到达5.98%,虽然不及富勒烯衍生物，可是为新型受体资料的研究奠基了基础.程永胜实验组在ChemCom近发表的研究功效标明，他们合成了一种DTBTF5体资料如图所示：创作时间：二零二一年六月三十日创作时间：二零二一年六月三十日图1-21 DTBTF结构示意图他们以受体资料 DTBTF和给体资料DR3TSBDTH得的器件，最 终获得基于 DR3TSBDT:DTBTF勺太阳 能电池展 现出的PCE为 3.84% ,以及相当高的 Voc = 1.15 V.3聚合物太阳能电池的研究展望本文总结了目前有机太阳能电池资料的一些新发展.总的来说,价

26、廉、高效、能够年夜面积制备的太阳能电池资料一直是人们追 求的目标.有机太阳能电池资料具有容易进行分子水平上的扩充和 设计，生产工艺简单，可以制备年夜面积轻盈薄膜等优点，如果能在光电转换性能上取得进一步的突破，将有可能在生产实践中获得广泛应用，其市场前景将十分巨年夜.从资料的角度讲，目前需要做的 是从廉价易得原料动身，有针对性地设计合成一些化合物对光诱导 电子转移过程和机制进行研究，以指导资料的设计合成.同时还需 要对现有的资料体系进行复合优化，以取得最年夜效率.参考文献：. Allen, W. A.; Mapes, J. M.; Wilson, W. G., An EffectProduced

27、 by Oblique Impact of a Cylinder on a Thin Target.Journal of Applied Physics 1954,25 (5), 675. Reddy, S. S.; Gunasekar, K.; Heo, J. H.; Im, S. H.;Kim, C. S.; Kim, D. H.; Moon, J. H.; Lee, J. Y.; Song, M.;Jin, S. H., Highly Efficient Organic Hole Transporting Materials for Perovskite and Organic Sola

28、r Cells with Long-Term Stability. Advanced materials 2015.Cheng, Y. J.; Yang, S. H.; Hsu, C. S., Synthesis ofconjugated polymers for organic solar cell applications.Chemical reviews 2009,109 (11), 5868-923.创作时间：二零二一年六月三十日创作时间：二零二一年六月三十日Thompson, B. C.; Frechet, J. M., Polymer-fullerene composite sol

29、ar cells. Angewandte Chemie 2008,47 (1), 5877.Li, G.; Zhu, R.; Yang, Y., Polymer solar cells. Nature Photonics 2012,6 (3), 153-161.Zhang, Z. G.; Wang, J., Structures and properties ofconjugated Donor - Acceptor copolymers for solar cell applications. Journal of Materials Chemistry 2012,22 (10), 4178

30、.Khlyabich, P. P.; Burkhart, B.; Rudenko, A. E.; Thompson, B. C., Optimization and simplification of polymer - fullerene solar cells through polymer and active layer design. Polymer 2013,54 (20), 5267-5298.Beaujuge, P. M.; Frechet, J. M., Molecular design andordering effects in pi-functional materia

31、ls for transistor and solar cell applications. Journal of the American Chemical Society 2011,133 (50), 20009-29.Ye,H.; Li, W.; Li, W., Progress in PolymericElectron-Donating Materials for Organic Solar Cells. Chinese Journal of Organic Chemistry 2012,32 (2), 266.10Hu, H.; Jiang, K.; Yang, G.; Liu, J

32、.; Li, Z.; Lin, H.;Liu, Y.; Zhao, J.; Zhang, J.; Huang, F.; Qu, Y.; Ma, W.;创作时间：二零二一年六月三十日创作时间：二零二一年六月三十日Yan, H., Terthiophene-Based D-A Polymer with an Asymmetric Arrangement of Alkyl Chains That Enables EfficientPolymer Solar Cells. Journal of the AmericanChemical Society 2015,137 (44), 14149-57.K

33、im, J. Y.;Lee,K.; Coates, N. E.; Moses, D.;Nguyen, T. Q.; Dante, M.; Heeger, A. J., Efficient tandem polymer solar cells fabricated by all-solution processing.Science 2007,317 (5835), 222-5.Henson, Z. B.; Mullen, K.; Bazan, G. C., Design strategies for organic semiconductors beyond the molecular for

34、mula. Nature chemistry 2012,4 (9), 699-704.Vangerven, T.; Verstappen, P.; Drijkoningen, J.; Dierckx, W.; Himmelberger, S.; Salleo, A.; Vanderzande, D.; Maes, W.; Manca, J. V., Molar Mass versus Polymer Solar Cell Performance: Highlighting the Role of Homocouplings. Chemistry of Materials 2015,27 (10

35、), 3726- 3732.Zhou, H.; Yang, L.; You, W., Rational Design of High Performance Conjugated Polymers for Organic Solar Cells. Macromolecules 2012,45 (2), 607-632.Unay, H.; Unlu, N. A.; Hizalan, G.; Hacioglu, S. O.;Yildiz, D. E.; Toppare, L.; Cirpan, A., Benzotriazole and创作时间：二零二一年六月三十日创作时间：二零二一年六月三十日b

36、enzodithiophene containing medium band gap polymer for bulk heterojunction polymer solar cell applications. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry 2015,53 (4), 528-535.Guo, X.; Zhang, M.; Ma, W.; Ye, L.; Zhang, S.; Liu,S.; Ade, H.; Huang, F.; Hou, J., Enhanced photovoltaic performance

37、by modulating surface composition in bulk heterojunction polymer solar cells based on PBDTTT-C- T/PC71 BM. Advanced materials 2014,26 (24), 4043-9.Nie, W.; Gupta, G.; Crone, B. K.; Liu, F.; Smith, D.L.; Ruden, P. P.; Kuo, C.-Y.; Tsai, H.; Wang, H.-L.; Li,H.; Tretiak, S.; Mohite, A. D., Interface Design Principles for High-Performance Organic Semiconductor Devices. Advanced Science 2015,2 (6), .Wan