多维共轭大分子非富勒烯受体

In the field of organic solar cells, the development of electron acceptor materials has lagged far behind that of donor materials. Fullerenes and their derivatives, particularly PC61BM and PC71BM, are the most successful electron acceptor materials for solution processed organic solar cells. There remain incentives to develop electron acceptors with other structures that will not only retain the favorable properties of fullerenes, but also overcome their insufficiencies. However, high-performance non-fullerene acceptors remain rare, which is one of bottlenecks and challenging issues in the research field of organic solar cells. This project will design and create novel multi-dimensional macromolecule non-fullerene acceptors with good solution processability, strong and broad absorption, high electron mobility, suitable energy levels, and good miscibility with donors to form suitable phase separation. We will fabricate high-efficiency (7%) organic solar cells using these non-fullerene acceptors. We will explore fabrication of high-efficiency, large-area, flexible non-fullerene organic solar cells. We will also investigate structure-property relationships of these multi-dimensional non-fullerene macromolecule acceptors, which will provide rational guide for design of new non-fullerene acceptors.

相对于有机太阳能电池电子给体材料，电子受体材料的发展严重滞后。尽管富勒烯衍生物是最广泛使用的电子受体，它存在一些缺点，因而发展高性能的非富勒烯受体十分必要。相对于富勒烯受体材料，非富勒烯受体材料的发展缓慢。高性能的非富勒烯受体材料的严重缺乏是制约有机高分子太阳能电池这一领域发展的瓶颈，是亟待解决的关键科学问题。本项目围绕这一关键科学问题和瓶颈问题，拟设计创造可溶液加工、吸收强而宽、高电子迁移率、合适LUMO能级、与电子给体能形成合适相分离的多维共轭大分子非富勒烯受体材料新体系，构筑高效率有机高分子太阳能电池（效率7%），探索制备高效大面积柔性器件，研究大分子化学结构、聚集态结构、电子态结构与光伏性能之间的关系，为非富勒烯电子受体材料的设计提供理论指导。

相对于有机太阳能电池电子给体材料，电子受体材料的发展严重滞后。尽管富勒烯衍生物是最广泛使用的电子受体，它存在一些缺点，因而发展高性能的非富勒烯受体十分必要。高性能的非富勒烯受体材料的严重缺乏是制约有机太阳能电池领域发展的瓶颈，是亟待解决的关键科学问题。本项目围绕这一关键科学问题和瓶颈问题，开展了如下创新性工作：1）提出了“稠环电子受体”新概念，创造了稠环电子受体这一崭新的非富勒烯受体体系；2）设计合成了一维或多维共轭稠环大分子非富勒烯受体材料；3）构筑了高效率非富勒烯太阳能电池，效率超过12%；4）制备了大面积柔性器件和半透明器件；5）研究了稠环电子受体分子结构、聚集态结构与光伏性能的关系，特别是芳核工程、侧链工程和端基工程的影响。.. 项目执行期间，以通讯作者在高水平期刊上发表了25篇研究论文，其中影响因子10以上的18篇，包括Chem. Rev. 1篇、Chem. Soc. Rev. 1篇、Acc. Chem. Res. 1篇、J. Am. Chem. Soc. 3篇、Adv. Mater. 8篇、Energy Environ. Sci. 2篇、Adv. Energy Mater. 2篇。这25篇论文中，入选ESI高被引论文12篇，入选ESI热点论文10篇，入选中国百篇最具影响的国际期刊论文3篇，他引次数超过100次的论文6篇，他引总次数超过2000次。申请中国发明专利6项，PCT发明专利3项。培养博士毕业生2名。.. 国内外同行几十次用“明星分子”、“先驱”、“最高效率”、“原创”等评价我们的工作。我们发明的ITIC已成为明星分子，创建的稠环电子受体体系被认为是最好的受体体系。我们的原创性和先驱性工作引起了国内外同行的广泛关注和跟进，国内外数家公司已在商业销售我们发明的稠环电子受体，全球五十多个研究组使用稠环电子受体制备了高性能有机太阳能电池，效率达14%以上，好于富勒烯受体，证明了稠环电子受体具有广泛的普适性。ITIC这样的高性能稠环电子受体的出现颠覆了富勒烯受体的统治地位，使有机太阳能电池迈向新纪元。. . 我们圆满完成了项目的研究计划，实现了项目的预期目标。