基于新型多氮杂稠环受体光伏聚合物的设计合成及其叠层器件性能研究

批准号:
51573107
项目类别:
面上项目
资助金额:
68.0 万元
负责人:
彭强
依托单位:
学科分类:
E0309.光电磁功能有机高分子材料
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
李作佳、李楷、冯奎、徐小鹏、王振国、武文林、余婷
国基评审专家1V1指导 中标率高出同行96.8%
结合最新热点,提供专业选题建议
深度指导申报书撰写,确保创新可行
指导项目中标800+,快速提高中标率
微信扫码咨询
中文摘要
叠层器件是目前聚合物太阳能电池效率的保持者,极有希望实现商业化。但是叠层器件的研究正处于起步阶段,用于叠层器件的高性能宽带隙聚合物给体材料寥寥无几,这严重阻碍了聚合物太阳能电池的发展。本申请拟设计合成稠环喹喔啉、稠环氮三唑等几类多氮杂稠(杂)环受体结构,选择合适的给体单元,构筑高性能的宽带隙聚合物给体材料,拓展面向叠层器件应用的宽带隙聚合物给体材料的种类,进一步提升叠层器件的效率。本项目将系统研究多氮杂稠(杂)环受体结构中稠环核心大小、杂原子类型、侧链功能基团等对于材料基本物理性能及光伏性能的影响规律和作用机制,寻求解决保持材料宽能带隙,同时兼顾光谱吸收、载流子迁移率和光伏性能的关键科学问题。筛选综合性能优良的聚合物给体材料制作单结常规器件、单结反向器件、双结和多结反向叠层器件,优化制作条件,获得器件的高效率。本项目如果成功实施,预期器件效率可超过11%,进一步推动聚合物太阳能电池的发展。
英文摘要
Tandem device is the world record holder of the polymer solar cells (PSCs), and it is promissing to realize the commercialization of PSCs in the near future. However, the reasearch work of tandem device is still in its start-up step and the large band-gap polymer donors with high performance are very rare, which seriously hinders the development of PSCs. In this project, some kinds of multiaza-fused ring acceptor blocks, such as multi-quinoxaline and multi-benzotriazole, will be designed and synthesized to contruct efficient large band-gap conjugated polymer donors. These materials will extend the types of large band-gap polymers and further raise the efficiencies of tandem devices. We will also research systematically the effect of ring sizes, hetero atoms, functional side chains on the basic physical properties and photovoltaic properties and their active mechanisms. This will resolve the trade-off of the large band gap and the optical absorption, carrier mobility and photovoltaic properties in large band-gap polymers. Finally, we will select the good polymer donor materials to fabricate single-junction conventional devices, single-junction inverted devices as well as multi-junction inverted tandem devices. We believe the high efficiency will be obtained after the optimization of the fabrication conditions. When this project has been executed, the efficiency will be expected to exceed 11%, which can further promote the development of polymer solar cells.
本项目的研究工作从设计合成相对复杂和简单的多氮杂环受体结构出发,并以此构筑了一系列高性能的宽带隙聚合物给体材料,拓展了面向叠层器件和多元共混器件的宽带隙聚合物给体材料的种类,进一步提升了光电转换效率。结合给体构筑单元和侧链工程等分子设计策略,我们共设计合成了14个系列,50余种聚合物给体材料,在提高器件光电转换效率的同时,大大降低了器件的能量损失,多个结果在报道时处于国际领先水平。在完成本项目任务的基础上,我们从小分子的基本分子结构设计和超分子相互作用诱导等出发,成功设计合成了4个系列,10余种高效的小分子给体材料,在富勒烯小分子太阳能电池中获得了很好的效果,部分研究结果目前仍处于富勒烯小分子太阳能电池的最高水平。在小分子受体材料研究方面,我们一方面围绕PDI的性能改进做出一系列创新性的工作,解决了PDI类自聚集和材料高电子迁移率之间的矛盾,将PDI类小分子受体材料的光电换转效率提升到11.01%,是目前PDI类小分子材料的最高光电转换效率。另一方面,我们自主发展了一类宽带隙小分子受体材料结构新体系,即DA1A2体系,并将这类材料的效率提升到10%以上,完全可以与目前主流的窄带隙小分子受体材料的性能相媲美。在阴极界面材料方面,我们首次澄清了极性基团对阴离子的移动性对于聚合物太阳能电池阴极界面修饰性能的影响。以此为基础设计合成了一系列以不同尺寸大小的石墨烯量子点、8-羟基喹啉铝等为核心,外围接枝氨基极性基团的具有良好厚膜效应的阴极界面材料。我们还首次发现共轭杂环侧链与溴铵极性基团存在很强的自掺杂效应,能够进一步提升材料的电子传输性能,进而设计了一系列高电子迁移率和优良界面修饰性能的阴极界面材料。相关研究结果共发表论文42篇,SCI收录41篇,IF超过10的有25篇。其中13篇被Materials Views China等亮点介绍,8篇入选ESI高被引论文或ESI热点论文,10篇入选发表期刊的热点论文。同时申请3项中国发明专利。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Solution-Processable Small Molecules for High-Performance Organic Solar Cells with Rigidly Fluorinated 2,2 '-Bithiophene Central Cores
用于具有刚性氟化 2,2'-联噻吩中心核的高性能有机太阳能电池的可溶液加工小分子
DOI:10.1021/acsami.6b01784
发表时间:2016
期刊:Acs Applied Materials & Interfaces
影响因子:9.5
作者:Wang Zhenguo;Li Zuojia;Liu Jiang;Mei Jun;Li Kai;Li Ying;Peng Qiang
通讯作者:Peng Qiang
High-Performance Wide Bandgap Copolymers Using an EDOT Modified Benzodithiophene Donor Block with 10.11% Efficiency
高性能%20Wide%20Bandgap%20Copolymers%20Using%20an%20EDOT%20Modified%20Benzodithiophene%20Donor%20Block%20with%2010.11%%20效率
DOI:10.1002/aenm.201602773
发表时间:2018
期刊:Advanced Energy Materials
影响因子:27.8
作者:Feng Kui;Yang Guofang;Xu Xiaopeng;Zhang Guangjun;Yan He;Awartani Omar;Ye Long;Ade Harald;Li Ying;Peng Qiang
通讯作者:Peng Qiang
Wide Bandgap Molecular Acceptors with a Truxene Core for Efficient Nonfullerene Polymer Solar Cells: Linkage Position on Molecular Configuration and Photovoltaic Properties
用于高效非富勒烯聚合物太阳能电池的具有 Truxene 核的宽带隙分子受体:分子构型和光伏性能的连接位置
DOI:10.1002/adfm.201707493
发表时间:2018-05
期刊:Advanced Functional Materials
影响因子:19
作者:Wu Wenlin;Zhang Guangjun;Xu Xiaopeng;Wang Shichao;Li Ying;Peng Qiang
通讯作者:Peng Qiang
Solution-Processed Organic Solar Cells with 9.8% Efficiency Based on a New Small Molecule Containing a 2D Fluorinated Benzodithiophene Central Unit
溶液处理%20有机%20太阳能%20细胞%20with%209.8%%20效率%20Based%20on%20a%20新%20小%20分子%20含%20a%202D%20氟化%20苯并二噻吩%20中央%20单位
DOI:10.1002/aelm.201600061
发表时间:2016
期刊:Advanced Electronic Materials
影响因子:6.2
作者:Wang Zhenguo;Xu Xiaopeng;Li Zuojia;Feng Kui;Li Kai;Li Ying;Peng Qiang
通讯作者:Peng Qiang
Pronounced Effects of a Triazine Core on Photovoltaic Performance-Efficient Organic Solar Cells Enabled by a PDI Trimer-Based Small Molecular Acceptor
三嗪核对基于 PDI 三聚体的小分子受体实现的光伏高效有机太阳能电池的显着影响
DOI:10.1002/adma.201605115
发表时间:2017-02-17
期刊:ADVANCED MATERIALS
影响因子:29.4
作者:Duan, Yuwei;Xu, Xiaopeng;Peng, Qiang
通讯作者:Peng, Qiang
硼氮配位键杂环构筑高三线态三元共聚物给、受体材料及其高效光伏器件研究
- 批准号:22379101
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:50万元
- 批准年份:2023
- 负责人:彭强
- 依托单位:
基于萘并多氮杂环核心的线型A1-D-A2-D-A1类小分子受体光伏材料研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:64万元
- 批准年份:2020
- 负责人:彭强
- 依托单位:
利用白蛋白变性-复性过程构建长循环及靶向递药系统的研究
- 批准号:81973261
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:55.0万元
- 批准年份:2019
- 负责人:彭强
- 依托单位:
白蛋白包衣对纳米粒递药系统的保护作用
- 批准号:81402860
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:23.0万元
- 批准年份:2014
- 负责人:彭强
- 依托单位:
新型聚合物太阳能电池材料的合成及性能的超分子调控
- 批准号:21272164
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:40.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:彭强
- 依托单位:
国内基金
海外基金
