二维共轭聚合物电子受体材料的设计合成及光伏性能研究

The development of new high-performance polymer acceptors is an important strategy to further improve the efficiency of all-polymer solar cells (all-PSCs). In this proposal, we devote to develop new polymer acceptors (two-dimensional conjugated polymer acceptors) and their related high-performance all-PSCs devices. In this program, we will design and synthesize a series of two-dimensional conjugated polymer acceptors for the utilization in all-PSCs devices. We plan to systematically study the impact of the backbone, side-chains with different electron-accepting groups and aggregation morphology in these materials on the performance of all-PSCs devices. We also plan to study the working mechanism of these materials in resulted devices. On the basis of systematical and in-depth study of the internal relations of “chemical structure -aggregation morphology-device performance”, we plan to develop novel high-performance polymer acceptor materials, followed by the development of highly-efficient polymer solar cells which are processed by environment-friendly solvents. Through the joint study of material synthesis, device fabrication, and device physics, we are possible to make breakthrough in the development of novel polymer acceptor materials and devices, which will contribute greatly to the development of low-cost, highly-efficient renewable energy technology of our country.

全聚合物太阳电池由于其优异的机械性能和器件稳定性，极具产业化潜力，然而高性能聚合物电子受体材料的缺乏，限制了其效率的进一步提高。因此，开发新型高效的聚合物电子受体材料至关重要。本项目将设计合成一系列新型的二维共轭聚合物电子受体材料用于有机聚合物太阳电池器件，通过系统的分子设计工程与材料、器件物理研究，探索材料主链结构、不同悬挂式受体基团对其光电性能的影响，深入研究材料结构与其聚集态结构之间的关系，发展调控二维共轭聚合物电子受体材料在器件活性层中纳米微观形貌的有效方法。在对材料化学结构-聚集态结构-器件性能内在联系系统深入研究的基础上，进一步发展新型的高效聚合物电子受体材料，发展高效的可用环境友好溶剂印刷加工的聚合物太阳电池器件。通过材料合成，器件制作以及器件物理上的交叉研究，有可能在新型聚合物电子受体材料及器件上有所突破，为国家的新型低成本、高效率的可再生能源新技术的发展作出贡献。

本项目拟设计合成一系列新型的二维共轭聚合物电子受体材料用于有机聚合物太阳电池器件，研究材料主链结构、不同悬挂式受体基团对其光电性能的影响，发展调控二维共轭聚合物电子受体材料在器件活性层中纳米微观形貌的有效方法，并研究相应的全聚合物太阳电池器件。.围绕这些研究目标，本项目设计合成了一系列具有不同侧链结构的二维共轭聚合物电子受体材料。研究表明，改变受体单元上的侧链结构，对其吸收光谱、电子能级几乎没有影响；通过改变给体单元上的侧链基团，能有效的拓宽材料的吸收光谱，且提高了其光谱的吸收系数，对其电子能级也产生明显影响。通过分子结构的精细调控，实现了能量转换效率接近6%的全聚合物太阳电池器件。