《新型聚合物太陽能電池材料的合成及性能的超分子調控》是依託四川大學，由彭強擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：新型聚合物太陽能電池材料的合成及性能的超分子調控
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：彭強
- 依託單位：四川大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
傳統共軛聚合物具有不匹配的光譜回響和低的載流子遷移率，限制了聚合物太陽能電池的商業化進程。本項目擬在材料製備中引入非共價鍵脅迫π-π相互作用和低能隙協同構築連續有序相聚合物太陽能電池材料的設計理念。設計適當的給體-受體共軛結構可以滿足材料的低能隙，實現對太陽能的有效吸收；選擇方向性的非共價鍵通過脅迫作用實現共軛結構單元的面對面π-π堆積，保證材料的高遷移率。這類材料結合了小分子、聚合物和超分子材料的優點，具有分子結構明確、材料純度高、可形成連續有序結構、易於噴墨列印製作柔性器件等特點。同時，D-A結構單元和非共價鍵的多樣性和靈活性也利於我們通過詳細的研究獲得此類材料結構和性能方面的基本規律，為發展新穎高效的聚合物太陽能電池材料提供理論指導。本項目有望解決傳統共軛聚合物材料吸收光譜窄和載流子遷移率低的問題，拓展現有聚合物太陽能電池材料的設計模式，推動可噴墨列印的大面積柔性器件的發展。
結題摘要
傳統共軛聚合物光伏材料已無法解決其光譜回響不匹配和載流子遷移率低的問題，限制了聚合物太陽能電池的商業化進程。在本項目中，我們從材料的角度出發，在材料設計中引入多重超分子作用力，在同時保持材料低能隙的同時，通過其協調作用脅迫聚合物的主鏈的面-面堆積，進而構築具有良好光譜吸收的連續有序相聚合物太陽能電池材料。我們通過以下途徑達到了預期的目標：（1）通過設計在給、受體骨架上引入能形成氫鍵的氟原子、羰基等結構，誘導聚合物主鏈間的強相互作用；（2）通過拓展給、受體骨架的大π平面，誘導聚合物主鏈間的π-π相互作用和偶極-偶極相互作用；（3）通過動態的超分子作用力形成超分子聚合物，實現共軛結構單元的面-面堆積的脅迫作用和主動調節。我們設計合成了21種含多重超分子作用力的共軛聚合物或超分子聚合物，研究表明選擇適當的給、受體共軛結構可以滿足材料低能隙的同時，多重超分子協調作用的構建改善了聚合物主鏈的有序堆積，提高了載流子遷移率。同時超分子作用力的引入改善了聚合物材料的結晶性，有利於其共軛聚合物活性層的納米相分離。所製備的聚合物材料中，用二噻吩並環戊烯為給體單元，雙氟代苯並噻二唑為受體單元，利用三聯吡啶-釕配位鍵構築的超分子聚合物材料，其光電轉換效率為2.66%，是目前超分子聚合物中的最高值。基於烷硫基取代的苯並二噻吩為給體，單氟代苯並氮三唑為受體單元，合成的D-A型共軛聚合物材料。由於S-S相互作用和F-H氫鍵的引入，大大改善了材料的性能，單節器件的光電轉換效率達到7.74%，雙節疊層器件的效率達到9.40%，是目前聚合物本體異質結太陽能電池的最高值之一。本項目的實施驗證了本項目申請時提出的研究思路，獲得了有意義的研究結果，對設計高效率的聚合物太陽能電池給體材料提供了重要的指導意義，有望推動聚合物太陽能電池的商業化進展。相關研究結果在JACS等高水平的期刊上發表SCI論文9篇，撰寫學術專著章節1章。
