基于D-A结构的新型低带隙共轭聚合物太阳能电池材料的合成及光伏性能研究

聚合物太阳能电池是近年来国际上可再生能源领域的一个研究热点。本项目结合目前聚合物太阳能电池材料的研究现状和研究成果，选用具有强的给电子能力的二噻吩并[3,2-b:2'3'-d]吡咯杂多环作为给电子单元（D），苯并双噻唑、噻唑并噻唑及四氟苯作为受电子单元（A），构筑系列新型D-A结构的低带隙共轭聚合物太阳能电池材料。系统地研究给电子单元（D）和受电子单元（A）的结构及D-A间的匹配对聚合物的热性能、光物理、电化学、电荷传输及光伏性能的影响，探讨分子结构-光电性能的关系。期望通过对D，A分子的结构修饰和D-A间的优化匹配来精细调控聚合物的带隙、能级和载流子的迁移率，并最终获得吸收光谱宽、能级匹配、载流子迁移率高及与PCBM(富勒烯的一种衍生物)相容性好的高效低带隙共轭聚合物材料，为设计、合成和优化新型高效的聚合物太阳能电池材料提供一种新思路和新方法。

有机太阳能电池是近年来新能源领域的一个研究热点和焦点。本项目根据申请书的内容，获得了系列新型高效给体-受体(D-A)结构的共轭聚合物材料，并用于聚合物太阳能电池(PSCs)的研究，取得了系列良好的研究结果。另外，鉴于目前有机染料敏化太阳能电池迅速的发展趋势，少量的工作拓展到新型高效有机染料敏化剂的设计和合成上，获得了系列纯有机染料敏化剂，并用于有机染料敏化太阳能电池的研究，也取得了一些的研究结果。目前已完成的研究工作及取得的主要成果如下：.一，具有D-A结构新型高效的聚合物太阳能电池材料的设计合成及光伏性能研究。.1、设计并合成了系列基于苯并二噻吩-噻吩的主链-侧链型D-A结构的新型高效共轭聚合物材料，研究了其光电性能，尤其是其光伏性能。通过对该类聚合物分子结构的合理设计和光伏器件的综合优化，其能量转化效率(PCE)从最初的4.34%提高到6.21%。这是目前文献报道的基于该类主链-侧链D-A型共轭聚合物太阳能电池效率的最高值。.2、设计并合成了以苯并二噻吩和二噻吩并噻咯为给体，苯并二噻吩-4,8-二酮为受体的系列D-A结构的新型高效聚合物太阳能电池材料，研究了其光电性能，尤其是其光伏性能。基于该类聚合物太阳能电池材料的PCE高到5.91%。.3、设计并合成了基于苯并二噻吩-氟代苯并噻二唑(氟代苯并硒二唑)的D-A结构的新型高效聚合物太阳能电池材料，研究了其光电性能，尤其是其光伏性能。基于该类聚合物太阳能电池材料的PCE达到了5.02%。.4、设计并合成了基于苯并二噻吩-噻吩取代联二噻唑的D-A结构的新型聚合物太阳能电池材料，重点研究了其光伏性能。基于该类聚合物太阳能电池材料的PCE达到了3.71%。.二，新型高效有机染料敏化太阳能电池的设计、合成及光伏性能研究。.1、设计并合成了系列基于N, N-二苯腙类的D–π–A结构的新型纯有机染料敏化剂，并用于有机染料敏化太阳能电池的研究。获得了高达7.74%的能量转化效率。.2、设计并合成了系列基于三芳胺类的D-A'-π–A结构的新型纯有机染料敏化剂,并用于有机染料敏化太阳能电池的研究。基于该类染料敏化的太阳能电池的PCE达到5.83%。