多氮杂环配体构筑Cu(I)三线态材料的有机光伏特性研究

本课题拟在定向合成Cu(I)配合物有机光伏材料的基础上，将化学方法和物理方法有效结合起来，旨在利用真空镀膜技术制备基于Cu(I)配合物的有机光伏电池，系统研究配合物的化学结构和电池结构与光伏性能的构效关系。一方面，定向有机合成系列基于多氮杂环配体的Cu(I)配合物，利用核磁、质谱、X-射线单晶衍射表征其结构。研究配体的化学结构对Cu(I)配合物吸收光谱、热化学稳定性、磷光寿命、载流子传输性能、HOMO和LUMO能级的影响。另一方面，筛选与Cu(I)配合物能级相匹配的功能材料，采用真空镀膜技术制备有机光伏电池。以紫外灯、太阳模拟器为光源，结合Keithley数字源表测试电池的光伏性能。通过研究构效关系揭示产生影响的微观机理。本课题的研究将进一步拓宽光电功能材料的选择范围，为Cu(I)配合物三线态材料在有机太阳能电池清洁能源的实际应用提供理论和实践基础。

本项目主要是利用多氮杂环配体构筑了一系列Cu(I)配合物三线态材料，利用元素分析、X-射线单晶衍射对其结构进行了表征。研究了配体的化学结构对Cu(I)配合物吸收光谱、热化学稳定性、磷光寿命、载流子传输性能、HOMO和LUMO能级的影响。筛选出与Cu(I)配合物能级相匹配的功能材料，采用真空镀膜技术制备了基于Cu(I)配合物的有机太阳能电池及有机紫外光探测器件，系统的研究了配合物的化学结构、器件结构与光伏性能的构效关系。. 历经三年的深入系统研究，该项目取得了系列原创性的研究成果，尤其是研发出的价廉、环保的系列单核Cu(I)配合物三线态材料，在有机光电领域的应用研究取得突破性的进展。其中基于[Cu(BDphos)(Bath)]BF4为电子受体的有机紫外光伏器件，在2.47 mW/cm2、365 nm紫外光照下获得的开路电压(VOC)为1.65 V，短路电流(JSC)为69.70 μA/cm2，填充因子(FF)为0.594，能量转化效率(ηe)为4.57 %。特别是，我们在标准太阳能电池CuPc/C60功能层中间插入一薄层CuPc:[Cu(DPEphos)(BDPZ)]BF4，在光强为100 mW/cm2(AM1.5 G)太阳模拟器照射下，该电池获得了较高的开路电压为0.390 V，短路电流密度达到6.213 mA/cm2，填充因子FF为0.379，能量转换效率PCE为0.920%，相对于标准太阳能电池，能量转换效率提高了近15%。基于[Cu(BDphos)(Bath)]BF4(CuBB) 的有机紫外光探测器件，在0.691 mW/cm2的365 nm波长紫外光照射下，电压为-10 V时，其响应值达到了331 mA/W。. 研究成果发表SCI收录论文5篇，出版专著1部。申报国家发明专利3项，授权1项。该项目的研究大大拓展了有机光电材料的选择范围，为Cu(I)配合物三线态材料在有机太阳能电池清洁能源及有机紫外光探测领域的实际应用提供了理论和实践基础。