新型非对称萘酰亚胺类聚合物电子受体的设计、合成与光伏性能研究

The research on non-fullerene polymer solar cells has progressed rapidly in recent years. More attention has been paid to polymer electron acceptors. The development of novel, stable and efficient electron-acceptor polymers is one of challenging problems in the research area of all-polymer solar cells. All-polymer active layer blends have supeior thin-film formation features, including flexibility and mechanical robustness, which are extremely benefical for the large-scale production of photovoltaic cell modules by solution processes. Therefore, it provides the researchers with enthusiasm and energy levels. This project will be focused on studying asymmetric naphthalimide-based polymer electron acceptors. We will utilize various asymmetric naphthalimide building units and bridge units flexibly and selectviely to turn the physical and chemical properities of target polymer electron acceptors for achieving high power conversion efficiencies in photovoltaic cells and reveal the relationship between molecular structure of this type of electron acceptors and their photovoltaic properties.

随着非富勒烯聚合物太阳能电池研究的快速发展，聚合物电子受体光伏材料越来越受到重视。发展新型高效稳定的聚合物电子受体光伏材料，是全聚合物太阳能电池领域的挑战性难题。全聚合物活性层薄膜能够具有容易成膜加工、机械性能好的独特优势，有利于通过溶液法大规模制备光伏器件组件。这为研究者们对其研究提供原动力。本项目结合近年来高分子受体材料研究的最新进展，拟采用非对称分子设计策略，以萘二酰亚胺衍生π共轭体系的新颖构建为出发点，设计合成基于非对称萘酰亚胺类构筑单元的新型共轭聚合物电子受体光伏材料，研究如何对这类电子受体材料进行分子结构和物理化学性质的调控，发展高光电转换效率的光伏器件，并且系统研究这类电子受体材料的分子结构和光伏性能之间的相关性，为高性能聚合物电子受体材料的创新发展提供更多的理论和实验依据。

随着非富勒烯聚合物太阳能电池研究的快速发展，聚合物受体光伏材料越来越受到重视。发展新型高效稳定的聚合物受体光伏材料，是全聚合物太阳能电池领域的挑战性难题。本项目主要开展了如下工作：（1）采用主侧链工程进行分子设计并通过碳氢活化直接芳基化聚合方法成功合成了系列萘酰亚胺类聚合物受体光伏材料，研究了其光伏性能；（2）基于区域规整性与侧链工程，发展了简单易得的高性能苝酰亚胺类聚合物受体光伏材料；（3）基于非对称衍生的骨架异构化策略与前驱体侧链工程发展了两类高性能吡咯并吡咯二酮类聚合物半导体材料；（4）基于酰胺/酰亚胺聚合物半导体材料的研究，拓展研究了两类氰基茚酮类聚合物受体光伏材料：一类是非对称型；一类是棒-线型。其中，棒-线型聚合物受体的器件获得了超过12%的光电转换效率。项目发展的合成方法以及分子设计策略可为有机太阳能电池活性层材料的分子设计提供依据。棒-线型氰基茚酮类聚合物光伏受体材料有望成为实现全聚合物太阳能电池高性能化的一类重要受体材料。