苯并二呋喃基聚合物太阳电池材料及其性能研究

聚合物太阳电池具有制备工艺简单、成本低、重量轻以及可制备成柔性器件等优点，这类太阳电池具有重要的应用前景。由于使用的聚合物存在太阳光吸收效率低、载流子迁移率低、能级不匹配和没有好的共混形貌等影响，目前电池效率不高。本项目拟将研究重点放在合成苯环上含烷基链或烷氧链的苯并二呋喃单体，通过调节与之共聚的不同类型的电子受体单元等来获得宽吸收光谱，高吸光密度，合适能级并有较高载流子迁移率的新型低能隙分子内给受苯并二呋喃基聚合物太阳电池材料，考虑不同结构在不同条件(热，溶剂，添加剂等)下聚合物/PCBM共混膜的形貌，研究聚合物结构，共混形貌与太阳电池性能的关系，对太阳电池界面修饰，动力学和热力学等机制机理进行研究。对提高聚合物太阳电池效率的新方法和新途径进行探索，预期单层太阳电池效率达到9%。这些研究将对发展新型聚合物太阳电池材料，聚合物太阳电池的理论研究和实际应用有非常重要的意义。

聚合物太阳电池具有制备工艺简单、成本低、重量轻以及可制备成柔性器件等优点，这类太阳电池具有重要的应用前景。由于使用的聚合物存在太阳光吸收效率低、载流子迁移率低、能级不匹配和没有好的共混形貌等影响，目前电池效率不高。在国家自然科学基金（51173206）的资助下我们对苯并二呋喃基聚合物材料进行了深入的研究，取得了一批重要研究成果。. 重点开展了以下工作：合成了苯环上含烷氧链，烷基链，烷硫基链，侧链芳环（苯环或噻吩环等）的苯并二呋喃二锡单体，与唑类、二酮类、异靛类、酰亚胺类和喹喔啉类等各种类型的电子受体单元共聚获得高迁移率高效的给受聚合物太阳电池材料。此外我们也拓展了苯并二呋喃体系，合成了噻吩苯并呋喃衍生物和苯并二噻吩衍生物等电子给体单元，并对苯并二杂环基聚合物做了系统的比较分析，同时还重点探索了F的数目和位置等对太阳电池性能的影响。在太阳电池器件上，我们探讨了各种不同条件（热退火，溶剂，添加剂，饱和蒸汽和修饰层等）对太阳电池性能的影响，制备了反向器件，对太阳电池的稳定性加以研究。通过TEM ,AFM , XRD,GIWAXS 和R-SoXS等多种方式对活性层的形貌,结晶态和相区大小进行详细研究。通过材料和器件的协同优化最终实现了新材料单层正向器件效率达到8.7%，反向器件效率6.6%。在此基础上，对聚合物结构，共混形貌与太阳电池性能的关系，对太阳电池界面修饰，动力学和热力学等机制机理进行了深入研究。这些研究对发展新型聚合物光电材料，聚合物太阳电池理论研究和实际应用具有非常重要的意义。. 项目实施过程中，负责人课题小组发表标注基金号（51173206）的通讯作者/一作SCI文章24篇，国内刊物2篇；申请中国专利4项，授权2项； 培养毕业硕士生9名，博士毕业生1名，其中2名硕士生获得湖南省优秀硕士论文，1名博士生获得湖南省优秀博士论文。