铂基络合结构非富勒烯受体材料设计合成及器件制备

Platinum complex containing derivatives have been reported to be one of the effective p-type materials for organic solar cells, due to the square planar structure of Pt complex and fairly strong Pt–Pt interaction as well as excellent optoelectronic properties which is favorable to the performance of the photovoltaic devices. Herein, we design and synthesis a type of platinum-acetylide complex containing non-fullerene acceptor materials for organic photovoltaic devices. By introduction of donor–acceptor (D–A) architecture and strong withdrawing ending groups to the platinum centered molecular backbone, the optimized absorption, energy level, excitation state and aggregation are allowed to be achieved. The broad absorption bands (even up to near-infrared region) could be attributed from the intramolecular charge transfer (ICT) between the electron donating and accepting units for small bandgaps, making this kind of materials suitable for photovoltaic devices. The energy level could be regulated by the D-A bridge units and ending withdrawing groups, thus making this kind of materials suitable for organic photovoltaic (OPV) acceptor. We also want to investigate the relationship between the molecules structure and power conversion efficiency, thus developing a series of non-fullerene acceptor materials for high performance OPV devices.

铂基金属络合物，尤其是具有铂原子-炔基（铂炔）结构的分子，以其独特的平面电子结构、Pt-Pt之间相互作用和优异的光电特性，在有机光伏材料应用方面具有良好的前景。本项目通过将铂炔络合结构引入受体材料设计之中，利用铂炔络合物独特的电子轨道结构和激发态，设计合成基于铂炔络合结构的非富勒烯小分子受体材料。通过优化筛选中间桥连基团和末端拉电子基团，实现对受体分子吸收、能级、激发态和分子堆积的有效调控，结合器件测试及活性层形貌分析等，制备高效非富勒烯光伏器件。进一步地，通过研究铂炔分子激发态和电荷分离机制，力求揭示其分子结构与光电转换效率之间的结构-性能关系，探索高性能非富勒烯受体材料设计合成的新途径，发展具有自主知识产权的非富勒烯小分子受体材料体系。

目前有机光伏OPV领域最高光电转换效率PCE都是基于聚合物-非富勒烯材料体系，尤其是具有A-D-A结构的非富勒烯受体分子材料体系。基于A-D-A结构的受体分子是最有利于实现高效PCE的分子结构。.金属有机化合物因其重金属原子丰富的d轨道结构，使其展现出一些独特的光电性质。在有机光伏材料中，基于卟啉的小分子给、受体分别实现了12.7%和10.1%的效率。在非卟啉类重金属OPV材料中，金属铂Pt和铱Ir性质独特，展现出巨大的潜力。A-D-A受体作为最有希望的结构，有必要开发基于Pt和Ir配位的ADA小分子受体材料，然而，目前尚未有基于A-D-A结构的Pt基小分子非富勒烯受体材料。.在项目执行期间，我们首次报道了一系列基于A-D-A结构的Pt金属络合物受体材料，以Pt炔为中间单元，以INCN或者氟取代INCN为末端拉电子单元，与宽带隙J52搭配，实现了0.97的开压和6.6%的效率，这是目前基于Pt的小分子材料中的最高效率。进一步地，我们将项目开发的Pt系列分子引入到高效率的PM6:Y6体系之中，提升了开路电压和填充因子，实现了超过18%的光电转换效率。此外，项目负责人在前期研究工作基础上，通过发展中间核插氧和不对称稠环策略，还开发了一系列光电转换效率超过14%的有机小分子受体材料。.项目执行期内，共发表高水平SCI论文10篇，培养研究生3人。