两维共轭苯并二噻吩类聚合物的分子设计及其在聚合物太阳能电池中的应用

作为一种新型的、可再生能源的技术，聚合物太阳能电池在制备大面积、轻质、柔性的器件方面具有独特的优势，因此也受到世界范围的广泛关注。本项目着眼于对聚合物太阳能电池活性层中的电子给体材料进行研究，设计了一系列具有两维共轭的苯并二噻吩的聚合物。通过改变共轭侧链单元的共轭长度，聚合物在短波方向的吸收峰的位置和吸收强度可以得到有效的调节；通过改变主链的结构，聚合物在长波方向的吸收可以得到有效的调节，因此此类共轭聚合物在整个可见光区将具有宽而强的吸收，如果采用这种新材料制备太阳能电池，对太阳光的吸收利用可以得到显著的提高。另外，我们还准备对这类新材料的太阳能电池器件制备过程进行充分的优化，最终达到在这种新的材料体系中获得8%左右的能量转换效率。

共轭高分子结构设计为推动聚合物光伏领域的发展提供了重要动力。苯并二噻吩（BDT）单元在高效聚合物光伏材料中得到十分成功的应用。在本项目的支持下，我们通过分子结构优化设计合成一系列新型的、基于二维共轭结构的BDT类聚合物给体材料。我们通过拓宽BDT单元的共轭面积，获得了一种具有良好适用性的分子优化方式。大量的实验结果表明，通过扩大聚合物组成单元的共轭面积，从而增强聚合物链间的π-π堆积是一种提高聚合物光伏性能的有效方法。此外，我们还采用一系列方法实现了对二维共轭BDT类聚合物光伏性能的有效调制，这一系列工作揭示了分子结构设计、薄膜形貌和光伏性能之间的联系，为新型聚合物光伏材料的分子结构设计提供了十分有利的参考。上述工作对于有效推进了聚合物太阳电池光伏效率的提升，采用新材料制备聚合物太阳电池中实现了10%以上的光伏效率，而且为新型聚合物光伏材料设计提供了重要借鉴。