多维拓扑结构大分子光电转换材料的设计、合成与性能

基于有机/高分子半导体材料的光伏技术在充分开发利用太阳能方面具有广阔的应用前景，受到广泛关注和研究。目前其实用化过程还面临诸多瓶颈，其中材料是影响能量转化的关键要素。本课题拟从材料的化学结构和空间结构设计入手，结合能级结构和带隙调控手段，探索实现有机光电转换材料功能化、高性能化和稳定化的有效途径。具体通过分子结构的多支化、多维化以及有效组装功能性基元（如低带隙基元、电子/空穴传输基元、给/受电子基元、p型/n型链段）等分子设计策略，制备一类结构明确、单分散性好、纯度高的新型多臂支化大分子光电转换材料体系，特别是多臂结构窄带隙电子给体材料、多臂结构电子受体材料和多臂结构"分子异质结"材料等；深入探讨材料化学结构、分子尺寸、空间维度与电子结构、能级结构和凝聚态结构以及光电转换性能之间的内在关联；设计开发出具有实用前景的高效光电转换材料及其太阳电池器件，为有机光伏技术的高性能化和实用化奠定基础。

基于有机/高分子半导体材料的光伏技术在充分开发利用太阳能方面具有广阔的应用前景，受到广泛关注和研究。目前其实用化过程还面临诸多瓶颈，其中材料是影响能量转化的关键要素。本项目经过四年的努力，圆满完成了课题任务，达到了预期目标。以探索实现有机光电转换材料功能化和高性能化的有效途径为目的，从材料的化学结构和空间结构设计入手，结合能级结构和带隙调控手段，在多臂结构新型给体材料、新型受体材料、多臂结构水/醇溶性共轭大分子界面修饰材料在有机光电器件中的应用、有机聚合物太阳能电池器件性能优化及工作机制研究等方面开展了富有创新性和系统性的研究工作：（1）提出了分子结构多支化、多维化的有机光电转换材料设计思路；（2）建立了微波增强多重偶联反应制备技术；（3）制备了一类结构明确、单分散性好、纯度高的新型多臂支化大分子光电转换材料体系，特别是多臂结构窄带隙电子给体材料、多臂结构电子受体材料和多臂结构水/醇溶性共轭大分子界面修饰材料等；（4）深入探讨了材料化学结构、分子尺寸、空间维度与电子结构、能级结构和凝聚态结构以及光电转换性能之间的内在关联，为深刻理解化学组成、分子结构与材料性能之间的构效关系提供了实验基础；（5）优化了材料的化学组成和分子结构设计，筛选出具有优良光、热、电性能的大分子光电转换材料；（6）研究了反型有机太阳能电池的光侵润机制，研制出高效、稳定的有机聚合物太阳电池器件。本项目相关研究结果为有机光电转换材料高性能化提供了实验数据支持。