Tuning of polymer aggregation and optimization of the active layer morphology of all-polymer solar cells incorporating rylene-based acceptor polymers

聚合物聚集的调节和包含基于萘嵌苯的受体聚合物的全聚合物太阳能电池的活性层形态的优化

基本信息

项目摘要

The proposed work aims at the understanding and the advancement of the photovoltaic properties of polymer-based organic solar cells by optimizing the electron-transport properties of the electron-accepting phase. Novel “low bandgap” electron-accepting copolymers based on naphthalenebisimide with improved electron mobility will be synthesized. The HOMO and LUMO energy levels of these copolymers are designed for a combination with well-established electron-donating polymers such as poly(3-hexylthiophene) (P3HT). Electron-transport in the pure polymer and in the blend will be studied and related to the photovoltaic device performance. In order to optimize the optical and electron-transporting properties of these bulk-heterojunction devices, ternary blends comprising an electron-donating polymer, an electron accepting polymer and the well-known soluble fullerene PCBM will be investigated with respect to morphology, charge transport and solar cell properties. Hereby, the adjustment of the LUMO level of the acceptor-polymer with respect to the energetical structure of PCBM by chemical design will be one important task of this project. By using acceptor polymers with low bandgap, wide spectral coverage is envisaged. Finally, the influence of additives as block copolymers or low molecular weight softeners (and surfactants) on the morphology of polymer-polymer blends will be investigated, with the goal to develop novel approaches towards polymer blends with high charge carrier dissociation and extraction efficiencies.
拟议的工作旨在通过优化电子接受相的电子传输特性来理解和提高基于聚合物的有机太阳能电池的光伏特性。将合成基于萘双酰亚胺的新型“低带隙”电子接受共聚物,其具有改进的电子迁移率。这些共聚物的 HOMO 和 LUMO 能级设计用于与成熟的给电子聚合物(例如聚(3-己基噻吩)(P3HT))组合。将研究纯聚合物和共混物中的电子传输并将其与光伏器件性能相关。为了优化这些本体异质结器件的光学和电子传输性能,将研究包含给电子聚合物、电子接受聚合物和众所周知的可溶性富勒烯PCBM的三元共混物的形态、电荷传输和太阳能电池性能。因此,通过化学设计调整受体聚合物的LUMO能级相对于PCBM的能量结构将是该项目的一项重要任务。通过使用具有低带隙的受体聚合物,可以设想宽光谱覆盖范围。最后,将研究嵌段共聚物或低分子量软化剂(和表面活性剂)等添加剂对聚合物-聚合物共混物形态的影响,目标是开发具有高电荷载体解离和萃取效率的聚合物共混物的新方法。

项目成果

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