窄带隙D-A交替型有机小分子光伏材料的设计、合成及性能研究

Recently, organic small-molecule photovoltaic materials and devices have made significant progresses and become one of hot topic in the organic optoelectronic fields. This project is intended to design and synthesize a variety of organic small-molecules with narrow band-gap, suitable HOMO/LUMO level, high charge mobility and good solution processibility. The balance between the band-gap and energy level will be carefully considered. Through the combination of theoretical calculations and experiments, the relationship between the small molecular structures and optoelectronic properties of the organic photovoltaic materials will be systematically studied. The organic small-molecule solar cells with high power conversion efficiency and good comprehensive performance will be designed and fabricated. The aim of this project is to form a system of organic small-molecule photovoltaic materials in the international academic community.

有机小分子光伏材料和器件在最近几年已取得很大进展，已成为有机光电功能材料研究领域的热点之一。针对目前有机小分子光伏材料发展的关键问题，本项目拟将有机小分子光伏材料的几个要素（带隙、能级、载流子传输等）结合起来，发展兼有窄带隙、合适的LUMO、HOMO能级、良好载流子传输能力的D-A交替型有机小分子材料。通过理论计算和实验相结合，研究有机小分子光伏材料的分子结构与光电性能之间的关系。合理设计与制作具有高能量转换效率等综合性能优良的有机小分子太阳能电池，在国际上形成有影响、有特色的有机小分子光伏材料体系。

有机小分子光伏材料和器件在最近几年已取得很大进展，已成为有机光电功能材料研究领域的热点之一。本项目主要开展了如下研究：在小分子给体材料方面，合成多个给受体单元交错的小分子给体，开发新型小分子给体单元；在小分子受体材料方面，根据给体-受体（A-D-A）型稠环电子受体因其光谱能级可调，结构易修饰等优点，从端基、侧链、中心核等角度，设计合成了多种有机太阳能电池电子受体材料；开展了OPV器件的研究，主要是单节有机聚合物太阳能电池， 也包括三元和叠层聚合物太阳能电池；研究了有机小分子的结构与带隙、能级、载流子传输性能、形貌之间的关系，进而研究了与光伏器件性能的关系。本项目取得了突出的研究成果，在非富勒烯小分子受体材料的研究方面做出了创新贡献，特别是在小分子端基和非中心对称的核等小分子受体结构上做出了有影响力的工作，通过材料和器件的优化，OPV器件的光电转换效率PCE 已达到16%，达到国际先进水平。本项目有关的工作已发表SCI论文58篇，其中包括Adv. Mater. 2篇，Adv. Energy. Mater. 2篇，Adv. Funct. Mater. 3篇，Adv. Sci..1篇，Angew. Chem. Int. Ed.1篇，Energy. Environ. Sci. 2篇, Nano Energy 2篇；11篇论文获选ESI高被引论文, 3篇论文获选ESI热点论文。授权中国发明专利2项，申请发明专利1项。设计合成非中心对称稠环电子受体为提高有机太阳能电池的填充因子和降低能量损失提供了有效的方法。