用於聚合物太陽電池給體材料的新型嵌段共軛聚合物

《用於聚合物太陽電池給體材料的新型嵌段共軛聚合物》是依託華南理工大學，由應磊擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：用於聚合物太陽電池給體材料的新型嵌段共軛聚合物
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：應磊
• 依託單位：華南理工大學

項目摘要

目前困擾聚合物太陽電池能量轉換效率提高的最大挑戰之一是用作電子給體的共軛聚合物的吸收光譜與太陽光譜不匹配，太陽光利用效率低。發展寬吸收的共軛聚合物用於有機薄膜太陽電池給體，有望顯著提高太陽光利用效率。本申請擬通過點擊化學反應將不同分子量的聚烷基噻吩衍生物以及給體-受體結構的窄帶隙共軛聚合物聚（(二噻吩並環戊二烯)-alt-(5-氟苯並噻二唑)，PCDTFBT）通過共價鍵方式連線，製備一系列新型嵌段共軛聚合物。擬製備的嵌段共軛聚合物將同時具有P3HT在400-650 nm以及PCDTFBT在550-900 nm的吸收特性，其吸收光譜可覆蓋400-900 nm的範圍，可大大提高對太陽光的吸收，有望顯著提高太陽光利用以提高太陽電池器件的光電轉換效率。此外，通過對單個嵌段的分子結構進行化學改性及控制兩個嵌段的比例，可有效調控嵌段共軛聚合物的微相分離，有望得到高性能的聚合物太陽電池。

結題摘要

作為清潔可再生能源，太陽能具有取之不盡、不受地域限制等獨特優勢。利用太陽能的有機/聚合物太陽電池由於其具有製作成本低、可採用“輥對輥”工藝製備柔性器件等獨特優勢，近年來引起了產業界和學術界的極大關注。 發展聚合物太陽電池的關鍵是如何有效的吸收太陽光的能量，以及如何將吸收的能量轉換為光電流，保證載流子傳輸到電極，並實現有效的收集。本項目首先通過合理的分子設計，獲得高光電轉換效率的聚合物太陽電池材料體系，進一步在材料的基礎上製作電池器件，並對薄膜的形貌、器件結構等進行最佳化，獲得高光電轉換效率的聚合物太陽電池器件。 本項目取得的重要進展包括： 1、本項目將吸收互補的寬頻隙聚合物給體材料與富勒烯受體材料、非富勒烯受體材料結合，發展了“三元體系聚合物太陽電池”，不僅有效拓寬吸收光譜的範圍，使器件的光電轉換效率從6%提高到8%以上，同時大大簡化了光活性層的製作工藝。 2、通過將極性單元引入到共軛聚合物的側鏈，首次成功發展了一種給受體型聚合物添加劑。引入這種添加劑可以有效改善體異質結活性層的形貌，將聚合物太陽電池光電轉換效率從6%左右提高到7.9%，具有非常廣闊的套用前景。 3、本項目成功發展了一系列高性能的聚合物太陽電池材料。其中發展的基於萘並噻二唑結構的共軛聚合物材料光電轉換效率超過10%。這類材料可以在厚度1微米的薄膜，實現光電轉換效率超過8%，這是目前公開報導的厚膜器件的最高效率。 4、發展了一系列新型的寬頻隙共軛聚合物太陽電池材料，代表性的聚合物為基於醯亞胺並苯並三唑單元的共軛聚合物材料，光學帶隙達到約1.8 eV。通過系統的器件最佳化，獲得的光電轉換效率達到8.63%，這是目前報導的效率的最高的寬頻隙材料之一。