可溶液加工功能化石墨烯的合成及其在聚合物光伏器件中的应用

石墨烯是由紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的单层sp2杂化碳原子构成的新型纳米碳材料，具有重要的理论研究和实际应用价值。本项目拟在前期工作基础上，首先实现石墨烯在尺寸、层数等微观结构方面的可控制备，并进行有机功能化方面的研究，以得到可溶液加工和能级可调控的功能化石墨烯材料；同时设计合成吸收光谱覆盖整个可见光区、具有高的载流子迁移率和能级可控的新型聚合物材料；研究石墨烯作为新的电子受体与已知经典给体材料或项目设计合成的新型给体材料共混或通过共价相连形成的分子内给体-受体杂化材料作为活性材料在有机光伏器件中的应用；研究基于石墨烯/聚合物的光伏器件中能量转化和传递机理和光伏效率的制约因素，以期得到稳定性良好，成本较低，和易大批量制备的且具有较高光电转化效率新型光伏活性材料；最后研究基于石墨烯的透明导电薄膜作为透明电极代替ITO在有机光伏器件中的应用，以期在有机光伏电池的结构和组成方面取得突破。

经过4年的努力，项目进展顺利，圆满完成了各项目标，取得了一系列成果与突破。具体如下：.1.实现了石墨烯的公斤级制备，而且在此基础上达到了对石墨烯的可控制备，即通过控制不同的化学方法以及不同的反应条件获得不同大小、层数的可溶性石墨烯，本项目发展的石墨烯宏量可控制备方法不仅可以满足实验室的需要，还完全可以实现半工业化生产；.2.获得了一系列有机功能化的可溶性石墨烯，其在有机溶剂中的溶解度可达5mg/mL以上，极大方便了石墨烯的实际应用；.3.合成了系列具有较好吸收及较高迁移率的新型共轭聚合物及寡聚物给体材料，常规器件效率达到8%以上；.4.系统研究了基于石墨烯的透明电极，石墨烯作为光伏活性层受体材料和氧化石墨烯作为界面层的光伏器件,取得了6%以上的光电转换效率. 实施四年来，项目共发表包括Acc Chem Res, J Am Chem Soc， Adv Mater等国际高水平SCI论文50余篇；申请专利5项，培养研究生20人，出版专著（包括章节）两部。