近红外非富勒烯受体材料的设计与协同优化研究

In recent years, the development of organic conjugated electron acceptor materials has become a hot topic in the research of polymer solar cells. Unlike the traditional fullerene acceptor materials, these materials have the advantages of good sunlight absorption, flexible chemical modifications, facile adjustment of the energy levels and relative lower cost, which are considered as the best alternatives of fullerene acceptors. At present, the single-cell device based on the new acceptor has exceeded 13% power conversion efficiency, showing excellent application prospect. To further improve the efficiency of the device, it is very important to make full use of the energy of the solar radiation in the near infrared region. Therefore, further development of narrow bandgap (1.1-1.4 eV) near infrared acceptor materials is needed to meet this demand. However, due to the limited NIR acceptor materials reported so far and relatively low performance, this project intends to improve the application of narrow-bandgap acceptor materials by rational molecular design, optimizing the device performance, and exploring the mechanism, summarizing the structure-property relationship, and providing solid molecular basis for improving the performance of polymer solar cells in the future.

近年来，有机共轭电子受体材料的开发已成为聚合物太阳能材料研究中的热点工作。不同于传统的富勒烯受体材料，该类材料具有较好的太阳光吸收能力、灵活的化学修饰方法、易于调节的能级范围以及较低的成本等优点，因而被认为是富勒烯受体的最佳替代品。目前，基于该新型受体的单节电池器件效率已经突破13%，展现出极佳的应用前景。为了进一步提升器件的效率，充分利用近红外区太阳辐射的能量非常关键，因此，需要进一步开发窄带隙（1.1-1.4 eV）近红外受体材料以满足该需求。但是，目前所报道近红外受体材料数量有限，性能还相对较低，本项目拟通过合理的分子设计，完善窄带隙受体材料的构建方法，扩展其应用范围，优化器件性能，探究作用机理，总结构性关系，为下一步聚合物太阳能器件的性能提升提供坚实的分子基础。

近年来，有机共轭电子受体分子成为了太阳能研究中的重点研究方向，由于有机分子的灵活性，其能级可以随结构进行大范围调节。其中，具有近红外吸收性质分子材料得到了更多研究者的青睐，被认为是传统富勒烯受体的最佳替代品。为此，我我们系统地围绕着有机近红外受体分子的新骨架与修饰方式展开了系统性的研究，发展了系列新的化学方法，扩展了其有机光电功能材料中的应用。最终，我们探讨了材料的构性关系，得到数个高性能的材料，可用于有机发光二极管、有机钙钛矿太阳能电池和有机光伏器件，并申请了多项专利。此外，我们还针对有机光电这个大课题，在传统共轭作用之外，发展了新型具有空间作用的新型有机光电功能分子，目前该项目的后续工作正在开展，我们相信此项目的研究成果将为未来相关研究起到重要的贡献。