稳定有序的窄带隙液晶聚芴/PCBM体相异质结太阳能电池的制备及其液晶诱导取向的研究

本项目将三联苯液晶基元和不饱和双键以侧链形式引入到聚芴中，并与强吸电子的窄带隙化合物发生交替共聚，制备一系列窄带隙的交替共聚物。最后将此液晶共聚芴为电子给体，PCBM为电子受体，制备液晶聚芴/PCBM复合薄膜，并对此复合薄膜进行热取向和热交联，组装体相异质结太阳能电池。三联苯的取向作用不仅可以提高体相异质结的有序性，同时它还可以起敏化作用，有利于光生载流子的高效传输和电荷的有效收集。另外，复合薄膜在受热取向的同时，聚合物中的双键因受热发生交联，因此可以很好地将电子受体PCBM均匀地分散在体系中，从而形成稳定有序的互穿网络体相异质结结构。研究三联苯液晶基元的取向行为对薄膜微观结构有序性和载流子传输效率的影响，理解热交联技术对电子受体PCBM分散性及器件稳定性的影响，制备与太阳光匹配的具有高效光电转换效率的液晶聚芴/PCBM太阳能电池。

获得稳定有序的体相异质结形貌是提高聚合物太阳能电池性能的关键。本项目将联苯、三联苯等液晶基元和可交联基团（如溴基、不饱和双键和叠氮等）以侧链形式引入到聚合物中，合成了一系列窄带隙聚芴或聚噻吩类液晶共轭聚合物。研究发现，聚合物与富勒烯衍生物(如PCBM)或无机半导体纳米晶(如ZnO)电子受体共混形成活性层后，液晶态温度下对活性层进行热处理，侧链液晶基元自发取向不但能有效诱导和驱动聚合物主链有序排列，还可以提高富勒烯衍生物或无机半导体纳米晶受体材料在活性层中的分散性及有序分布，异质结界面面积明显增大，活性层两相内的有序性及载流子迁移率也显著提高。将液晶基元和可交联基团同时引入到共轭聚合物侧链上，液晶诱导取向结合交联技术实现了稳定有序本体异质结的构筑，制备的器件效率和稳定性也随之大幅提高。项目研究成果已在国际权威刊物如Macromolecules (IF: 5.521); J. Mater. Chem. (IF: 6.101); J. Phys. Chem. C (IF: 4.814); ACS Appl. Mater. Interfaces (IF: 5.008); Polym. Chem. (IF: 5.231)等国际权威刊物上相继发表论文32篇，其中影响因子大于3 以上25篇。