吡咯并二噻吩稠环电子受体的分子工程及其高效率有机太阳能电池

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21875111
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    68.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0906.光能源化学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Polymer solar cells (PSCs) using acceptor-donor-acceptor (A-D-A) structured nonfullerene acceptors (NFAs) have made great progress in recent years. The record power conversion efficiency (PCE) has overpassed 13% for binary solar cells and 14% for ternary ones. The further improvement in PCE for NFAs based PSCs strongly relies in the new design of fuse-ring acceptors. In this proposal, the applicant aims at realizing high-efficiency PSCs (PCE>14%) via the further structure optimization of our recent successfully developed dithienopyrrol fused-ring acceptors. The molecular engineering will be conducted from four levels, which include the conjugation extension and side-chain engineering of the central fused-ring donating block, screening and side-chain engineering of the terminal accepting units, and the introduction of extra conjugated blocks between D and A blocks for conformation locking of the resultant acceptors. The correlation study will be carried out between the structure modification of the dithienopyrrol fused-ring acceptors and the absorption, crystallization, molecular energy levels, bandgaps and solid-state packing behavior. On the basis of complementary absorption and matching energy levels, high-performance polymer donors will be screened for the preparation and optimization of binary solar cells. The effect of structure on both as-prepared new acceptors and polymer donors and their blend on the morphology in active layers and the photovoltaic properties of the devices will be investigated in details. In combination of device physics study, the mechanism for reducing energy loss in high-efficiency NFA PSCs will be revealed. The as-optimized acceptors will be explored in ternary solar cells and parallel tandem solar cells, aiming to realizing PCEs over 14% in these devices. Through this project, it is expected that the key factors affecting the performance of NFAs PSCs, including molecular engineering of NFAs and their device engineering will be thoroughly investigated. And the as-obtained research results will provide good guidance in developing high-efficiency PSCs from NFAs development and device studies.
采用非富勒烯受体的聚合物光伏(PSCs)近年来获得巨大的发展,单节二元给受体共混器件的光电转化效率已超过13%、三元光伏器件突破14%。针对当前非富勒烯PSCs器件效率进一步提升所面临的稠环电子受体结构设计难题,本项目拟对申请人近期成功开发的吡咯并二噻吩稠环电子受体深入结构优化,开展四层次分子工程:稠环供电子单元的共轭拓展和侧链工程、受电子端基匹配、供-受体单元间引入锁定分子构象的共轭基团;全面考察结构修饰对受体材料光谱吸收、结晶性、分子能级、带隙和固相聚集性能等影响;基于吸收互补和能级匹配的给受体配伍原则,遴选高性能聚合物给体制备光伏器件并优化,考察给受体结构及配伍对活性层形貌和光伏性能的影响,结合器件物理揭示高效率器件减少能量损失的机制;拓展其在三元和叠层器件应用,实现14%以上效率PSCs。在此基础上,深入研究影响非富勒烯PSCs性能的关键因素,为以后研制高效率器件提供坚实基础。

结项摘要

聚合物太阳能电池作为最具潜力的新型光伏技术,对于推动现代可持续性社会发展具有重要意义。本项目围绕申请人成功开发的吡咯并二噻吩稠环电子受体深入结构优化,开展了三个层次分子工程:稠环供电子单元的侧链工程、稠环供电子单元的非对称设计、非稠环供电子单元的设计;同时对受体材料结晶动力学和光伏器件优化、开展了卓有成效的研究工作;全面考察结构修饰对受体材料光谱吸收、结晶性、分子能级、带隙和固相聚集性能等影响;考察了给/受体结构及配伍对活性层形貌和光伏性能的影响,结合器件物理揭示高效率器件减少能量损失的机制,探索了非富勒烯受体在三元太阳能电池的应用,实现16.7%以上效率的单结光伏电池。研究所取得的系列研究成果,为非富勒烯受体的设计开发,推动低成本高效稳定有机太阳能电池的发展提供坚实的实验依据。

项目成果

期刊论文数量(35)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Synergistic Interplay between Asymmetric Backbone Conformation, Molecular Aggregation, and Charge-Carrier Dynamics in Fused-Ring Electron Acceptor-Based Bulk Heterojunction Solar Cells
基于熔环电子受体的体异质结太阳能电池中不对称主链构象、分子聚集和电荷载流子动力学之间的协同相互作用。
  • DOI:
    10.1021/acsami.0c19700
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Song Xin;Hou Licheng;Guo Renjun;Wei Qi;Yang Linqiang;Jiang Xinyu;Tu Suo;Zhang Ao;Kan Zhipeng;Tang Weihua;Xing Guichuan;Muller-Buschbaum Peter
  • 通讯作者:
    Muller-Buschbaum Peter
Molecular engineering of acceptors to control aggregation for optimized nonfullerene solar cells
用于控制优化非富勒烯太阳能电池聚集的受体分子工程
  • DOI:
    10.1039/d0ta00651c
  • 发表时间:
    2020-03
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Yang Linqiang;Hu Zhenghao;Zhang Zhuohan;Cao Jinru;Wang Hongtao;Yu Jiangsheng;Zhang Fujun;Tang Weihua
  • 通讯作者:
    Tang Weihua
Over 15.5% efficiency organic solar cells with triple sidechain engineered ITIC
超过%2015.5%%20效率%20有机%20太阳能%20电池%20with%20三重%20侧链%20工程%20ITIC
  • DOI:
    10.1016/j.scib.2020.05.022
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Science Bulletin
  • 影响因子:
    18.9
  • 作者:
    Zhang Zhuohan;Guang Shun;Yu Jiangsheng;Wang Hongtao;Cao Jinru;Du Fuqiang;Wang Xinlei;Tang Weihua
  • 通讯作者:
    Tang Weihua
An asymmetric acceptor enabling 77.51% fill factor in organic solar cells
An%20asynchronous%20acceptor%20enabling%2077.51%%20fill%20factor%20in%20organic%20solar%20cells
  • DOI:
    10.1016/j.scib.2020.08.004
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Science Bulletin
  • 影响因子:
    18.9
  • 作者:
    Cao Jinru;Qu Shenya;Yang Linqiang;Wang Hongtao;Yu Jiangsheng;Tang Weihua
  • 通讯作者:
    Tang Weihua
Nonacyclic carbazole-based non-fullerene acceptors enable over 12% efficiency with enhanced stability for organic solar cells
非环状%20咔唑基%20非富勒烯%20受体%20enable%20over%2012%%20效率%20with%20增强%20稳定性%20for%20有机%20太阳能%20细胞
  • DOI:
    10.1039/c9ta08573d
  • 发表时间:
    2019-10
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Hongtao Wang;Zhuohan Zhang;Jiangsheng Yu;Xin Liu;Shenya Qu;Shun Guang;Weihua Tang
  • 通讯作者:
    Weihua Tang

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其他文献

The effect of oxyhemoglobin on the proliferation and migration of cultured vascular advential fibroblasts
氧合血红蛋白对培养血管外膜成纤维细胞增殖和迁移的影响
  • DOI:
    10.1007/978-3-211-75718-5_37
  • 发表时间:
    2008
  • 期刊:
    Acta Neurochir Supp
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    唐卫华;朱刚;冯华;刘智;JH Zhang;陈志
  • 通讯作者:
    陈志
一种新家兔症状性蛛网膜下腔出血模型的建立
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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蜕皮甾酮及尼莫地平对家兔蛛网膜下腔出血的作用
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    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    陈志
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颅内动脉瘤破裂显微手术治疗120例分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Acta Neurochir Suppl
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    唐卫华
  • 通讯作者:
    唐卫华
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    解放军医学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈渝杰;刘智;罗春霞;唐卫华;李博;陈志;朱刚;冯华
  • 通讯作者:
    冯华

其他文献

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唐卫华的其他基金

氧化还原稠环共轭聚合物储能正极与高效稳定水系锌离子电池
  • 批准号:
    22375170
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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