地区：上海市 宝山区
关键词：中国科学院化学研究所等
成果类型：其它
成果领域：生物与新医药
成果编号：A2021061000004540
成果描述：
| 聚合物太阳能电池具有器件结构简单、重量轻和可通过廉价的溶液加工制备成柔性和半透明器件等突出优点，是具有重要应用前景的清洁可再生能源。聚合物太阳能电池的研究焦点是提高光电能量转换效率，而提高效率的关键是高效给体和受体光伏材料。该项目针对共轭聚合物给体和富勒烯衍生物受体光伏材料进行了系统深入地研究，取得了系列重要创新性研究成果。几项代表性成果如下：带共轭侧链的宽吸收二维共轭聚噻吩给体光伏材料：该项目组提出通过共扼侧链来拓展聚合物共轭程度、从而拓宽其吸收光谱的分子设计思想。从2004年开始，设计和合成了一系列带共轭侧链的二维共轭聚噻吩衍生物。该类聚合物具有宽的可见区吸收、较低的HOMO能级和较高的空穴迁移率，这都有利于给体材料光伏性能的提高。一种带二(噻吩乙烯)共轭侧链的聚噻吩给体的光伏效率在同样实验条件下比最具代表性的聚(3-己基噻吩）(P3HT)提高了38%。基于带噻吩共轭侧链的苯并二噻吩的窄带隙高效二维共扼聚合物给体光伏材料：在上述二维共轭聚噻吩的研究基础上，进一步把这种二维共轭的分子设计思想拓展到了含苯并二噻吩(BDT)结构单元的共聚物体系，合成了一系列基于带噻吩侧链BDT单元的二维共轭聚合物，与对应的烷氧基取代聚合物相比，这类二维共轭聚合物吸收光谱有所拓宽、HOMO能级有所下移、空穴迁移率有所提高，作为给体光伏材料的光伏性能都有显著提高。其中基于噻吩取代BDT和羰基取代并二噻吩的二维共轭聚合物PBDTTT-C-T的光伏效率达到7.6％为当年(2011年）聚合物太阳能电池的最高效率之一。这种二维共轭的结构设计思想得到了国际同行的广泛关注和发展。二维共轭PBDTTT已经发展成为一类有代表性的高效聚合物给体光伏材料。茚双加成富勒烯衍生物受体光伏材料：聚合物太阳能电池中最具代表性的给体和受体材料分别是P3HT和PCBM。但P3HT/PCBM体系存在PCBM的LUMO能级太低的问题，导致器件开路电压（V<,oc>)只有约0.6 V、效率被限制在4%左右。针对该问题，该项目提出通过使用富电子的茚双加成来提高C<,60>的LUMO能级的思想，设计和合成了茚双加成C<,60>衍生物ICBA。ICBA的LUMO能级较PCBM上移0.17 eV,以其为受体、P3HT为给体的光伏电池V<,oc>提高到0.84 V，效率达到6.48%。考虑到C<,70>较C<,60>较强的可见区吸收，该项目又进一步合成了茚双加成C<,70>衍生物IC<,70>BA。基于P3HT/IC<,70>BA的光伏器件效率提高到7.4%,创造了基于P3HT光伏器件效率的新记录。ICBA成为继PCBM之后又一个有代表性的高效受体光伏材料。该项目提出的高效光伏材料的分子设计理念对于新材料设计具有重要指导意义。研究成果对聚合物太阳能电池的研究起到了重要推动作用。该项目的8篇代表性论文包括Acc. Chem. Res., Angew. Chem. Int. Ed.和Adv. Funct. Mater.论文各1篇、J. Am. Chem. Soc.论文两篇、Adv. Mater.论文3篇，这8篇代表性论文已被SCI他引3246次，单篇最高他引777次；20篇论文被SCI他引5014次。 |
