基于窄带隙非富勒烯受体的全小分子有机太阳能电池

Fullerene free organic solar cells have developed quickly and shown great developing potentials. In contrast to their polymer counterpart, fullerene free all small molecules solar cell lag behind. It demonstrates promising potentials owing to the advantages of small molecules materials, such as defined chemical structures, easily tunable absorptions and energy levels and etc. In this project, we focus on high efficient fullerene free all small molecules photovoltaic devices. Firstly, we will design and synthesize series of low bandgap small molecules acceptor small molecules and investigate the new avenue to design high performance non fullerene acceptors. Next, we will fabricate the all small molecules devices with our reported good donor small molecules. Then we will investigate the intrinsic relationship among the small molecules chemical structures, active layer morphologies and power conversion efficiencies and achieve the high efficiency all small molecules photovoltaic devices.

基于非富勒烯受体的有机太阳能电池发展迅速，展现出良好的发展前景。相比于非富勒烯聚合物太阳能电池，非富勒烯全小分子太阳能电池发展相对落后。因小分子材料具有结构确定，能级和吸收光谱等容易调节的优点，非富勒烯全小分子太阳能电池具有巨大的发展潜力。本申请拟以构筑高效可溶液处理非富勒烯全小分子光伏器件为目标，设计合成窄带隙近红外吸收非富勒烯小分子受体材料，探索高效窄带隙近红外吸收小分子受体材料优化设计的新途径；在已有小分子给体材料研究基础上，制备非富勒烯受体的全小分子有机太阳能电池；研究上述分子结构，活性层形貌与光电转换效率之间的本征关系，最终获得高效率的非富勒烯全小分子光伏器件。

有机太阳能电池具有低成本、柔性和可大面积印刷制备等优点，具有巨大的发展和应用前景。吸光层材料的设计合成是有机太阳能电池研究的基础。因小分子材料具有结构确定 ，能级和吸收光谱等容易调节的优点，非富勒烯全小分子太阳能电池具有巨大的发展潜力。本项目设计合成了系列具有A-D-A结构的窄带隙小分子非富勒烯受体材料，系统研究了端基，中间核以及烷基链等对分子吸光、迁移率、能级等物理性能的影响；项目制备并优化了基于上述小分子受体材料的光伏器件，其中全小分子光伏器件获得了15%以上的效率，基于小分子受体的叠层器件，获得了17%以上的效率。本项目研究为有机光伏材料的设计和光伏器件的制备与优化提供了新思路，为有机光伏的发展提供了坚实的研究基础。