应用于全塑有机太阳能电池的高性能富勒烯受体材料的研发

本项目将针对全塑有机太阳能电池中富勒烯受体材料的不足和缺点，拟定两个课题来探讨通过改良富勒烯受体材料来改进有机太阳能电池性能的可能性：１．针对LUMO能级较高的多加成富勒烯受体材料由于其增溶链的增加而导致其载流子迁移率下降的问题，我们准备利用叔丁氧羰基（Boc基）类型的增溶链在淬火温度下可以分解成小分子碎片这一性质，设计合成新概念的"增溶链可切断型多加成富勒烯"受体材料，从而解决高LUMO能级的富勒烯材料迁移率低的问题，这样既提高电池开路电压，又保证电池拥有高短路电流和填充系数，从而大幅提高有机太阳能电池性能；２．针对纯的富勒烯原料提纯困难导致其成本昂贵这一问题，探讨利用廉价富勒烯提取物作为混合受体材料的可行性，既保证较高器件效率，又大幅降低成本，为工业生产做准备。

在国家自然科学基金（21102028）的资助下，重点围绕应用于有机太阳能电池的富勒烯材料开展了一系列研究，同时针对电池稳定性、给体材料等方面也开展了部分研究，具体如下：1. 发展了一系列高性能的亚甲基富勒烯受体材料，在富勒烯受体与聚噻吩（P3HT）给体共混的体异质结有机太阳能电池中最高实现6.88%的能量转换效率，达到世界先进水平；2. 提出了“增溶链可切断型富勒烯”界面材料的新概念，这类材料可使反式结构的太阳电池效率提高19%；3. 开展了新型高吸光性富勒烯材料的研究，通过开孔反应将寡聚噻吩发色团植入富勒烯骨架，全面提升了富勒烯在宽光谱范围内（300-1100 nm）的吸收，改造了富勒烯吸光性差的本征缺陷，为进一步提升富勒烯对光电流的贡献以及提高电池效率方面提供了新思路；4.针对富勒烯分子聚集导致有机太阳能电池热稳定性差的问题，发展了一种选择性与富勒烯交联的小分子交联剂，通过添加少量交联剂，抑制了富勒烯的聚集，大幅提高了电池热稳定性，同时不降低电池初始效率；5. 开展了高性能高分子给体材料的研究，设计合成了一种含新型五元稠环受体单元的共轭高分子PThTPTI，基于PThTPTI与PC71BM的体异质结电池能量转换效率达到7.8%，电池EQE在435-640 nm范围超过70%，该材料进入世界先进给体材料行列。