高效全聚合物太陽能電池的納米尺度調控

《高效全聚合物太陽能電池的納米尺度調控》是依託中國科學院大學，由黃輝擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高效全聚合物太陽能電池的納米尺度調控
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：黃輝
• 依託單位：中國科學院大學

項目摘要

以n-型共軛聚合物為受體的全聚合物太陽能電池近年來逐漸成為研究熱點。然而，目前全聚合物太陽能電池目前的轉換率還比較低(<3%)。這主要有兩個原因：1.缺乏高電子遷移率的n-型共軛聚合物；2.p-型/n-型聚合物的混合物易產生熵變誘導的相分離，而形成形態過大的富集相,不利於激子的遷移和分離。申請者已成功的設計併合成了具有高電子遷移率的新型n-型高分子聚合物,初步研究結果表明其是優異的受體材料。在本課題中，一方面，結合DFT計算和實驗結果，從分子層面設計新型的n-型共軛聚合物以進一步提高其性能，並構建分子結構和聚集態性能關係的理論模型；另一方面，通過分子層面的功能團設計和器件製備最佳化，實現給體和受體富集態納米級別的形態控制，促進激子轉移和分離，最終實現高轉換率和長使用壽命的全聚合物太陽能電池；進一步理解共軛聚合物共混物的相分離機理並探討新的理論模型。

結題摘要

全聚合物太陽能電池近年來得到了迅速的發展；然而，目前的全聚合物太陽能電池的能量轉換率還偏低，這主要有兩個原因：1.缺乏高電子遷移率的n-型共軛聚合物；2.p-型/n-型聚合物的混合物易產生熵變誘導的相分離，而產生過大的富集相,不利於激子的遷移和分離。本項目以密度泛函理論為基礎，將共平面的反-1,2-二(2-噻吩基)乙烯分子、碲吩分子和非共平面的三乙胺分子、異靛藍分子分別與奈二醯亞胺和苝二醯亞胺分子進行共聚，設計、合成並表征了一系列新型的n-型共軛聚合物，研究了分子結構與共軛聚合物光物理性能的關係；然後，基於合成的n-型共軛聚合物，構建了一系列全聚合物太陽能電池和光電探測器；通過分子層面官能團的設計和聚集態納米形貌的調控，對光電器件進行了系統的最佳化，得到了性能優異的全聚合物光電轉換器件，並且結合先進的薄膜表征手段（X-射線衍射、透射電鏡、原子力顯微鏡等），探討了薄膜納米形貌與光電器件性能的關係，有助於進一步設計併合成用於高效全聚合物太陽能電池的新型n-型共軛聚合物。