《基於三元共軛共聚物的有機太陽能電池研究》是依託復旦大學，由梁子騏擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於三元共軛共聚物的有機太陽能電池研究
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：梁子騏
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
基於二元給體(D)-受體(A)交替共聚物的有機太陽能電池已取得8%的光電轉換效率，但其分子結構設計上可以具有更好的可控性，使其能級結構更加合理，更有益於激子拆分，且進一步增強光吸收能力與拓寬光吸收範圍。本項目擬採用合理的分子設計構築一系列新型的三元共軛聚合物體系用作有機太陽能電池的給體材料。以三個D-π-A、D2-D1-A、D-A1-D-A2體系為對象，系統研究其D、A組分單元的不同構築、比例、排布對共軛聚合物的能級結構、溶解性與分子鏈堆砌的影響。面向這些共軛聚合物，通過器件性能、電荷輸運與界面的研究，構建一個化學結構-功能-性能-器件的合理關聯，為實現穩定高效的有機太陽能電池套用提供理論與實驗的科學依據。
結題摘要
為了獲取高效有機太陽能電池，有效層的製備是其中的關鍵。通常，有效層是由二元共軛聚合物給體與小分子受體材料共混形成的二元共混薄膜。然而，這樣的共混薄膜會面臨光吸收範圍窄、能級結構不匹配、形貌不佳等問題，限制了電池器件效率的進一步提升。為了解決這些問題，我們首先從分子結構上對給體分子進行合理的設計，合成了一系列三元共軛聚合物給體材料。例如，在三元無規共軛聚合物PF8TBT中，僅有F8單元存在烷基側鏈，通過改變各組分單元比例可以控制給體分子的側鏈數量，進而調控富勒烯受體PCBM在聚合物側鏈中的穿插比，控制共混薄膜形貌。其次，將溶劑工程套用於平面型苝二醯亞胺（PDI）非富勒烯受體體系中。通過對主體溶劑和溶劑添加劑的協同作用，可以有效的改變PDI受體分子的聚集行為。再次，將三元共混策略與基於ITIC非富勒烯受體的有機光伏體系相結合。分別將高結晶性的PDI受體和PffBT4T-2OD給體引入二元基準體系PTB7-Th:ITIC中，製備了1D/2A和2D/1A型三元電池器件。通過精細調控第三組分的加入量，獲得了互補的光吸收、合理的能級結構、最佳化的共混薄膜形貌以及高的光電轉換效率。基於上述工作並結合目前相關領域的迅猛發展，撰寫了一篇關於三元非富勒烯有機太陽能電池的綜述文章。最近，將三元共混策略套用於三元共軛聚合物體系中，實現了兩者的有機結合。在PBBF11:ITIC二元體系中加入少量PC71BM，研究其中電荷輸運機制與複合行為。結果表明，PCBM的引入可以顯著改善共混薄膜形貌、提供額外的電荷輸運通道、抑制電荷複合。此外，發展了CELIV與TOF等瞬態手段，深入研究了有機聚合物與小分子太陽能電池中電荷輸運機理，包括載流子遷移率的測量，電荷複合過程及陷阱態機理，並以此指導器件界面的最佳化工作，例如首次將鈣鈦礦材料作為替代PEDOT:PSS空穴傳輸層套用在聚合物有機光伏中，實現了鈣鈦礦材料與聚合物太陽能電池的有機結合。
