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:
22075190
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
彭强
依托单位:
学科分类:
光能源化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
彭强
中文摘要
基于Y6的有机聚合物太阳能电池效率已超过18%,展现良好的应用前景。但该类材料存在结晶性弱、HOMO能级高、稳定性差、器件Voc低等不足。其弧形分子结构不利于分子堆积和载流子传输。本项目拟深入研究以萘并多氮杂环为核心的A1-D-A2-D-A1型小分子受体及其构效关系。同Y6相比,这类材料具有相对线型的分子结构。刚性萘并多氮杂环的设计将提升材料结晶性,降低其HOMO能级,改善稳定性。其HOMO能级的降低,使得以前众多优异的深HOMO能级的给体材料能够与之匹配,利于更高效光伏器件的实现。通过萘并多氮杂环核心、稠合核心骨架杂环和末端吸电子基团的优化设计,综合调控这类小分子受体的光谱吸收、能级水平、电荷传输、共混性和结晶性,解决Y6分子体系中存在的关键科学问题。最终通过双组份和多元共混器件的系统研究,构筑基于多元共混器件为子电池的叠层器件,突破有机聚合物太阳能电池的效率瓶颈,为商业化应用奠定基础。
英文摘要
The efficiency of organic/polymer solar cells based on Y6 acceptor has exceeded 18%, which exhibits good practical application prospect. However, the Y6 molecular system still exists some shortcomings, such as weak crystallinity, high HOMO level, poor stability and low Voc in devices. Also, its arched structure is unbeneficial to the molecular stacking and carrier transfer. In this project, deep studies will be performed on A1-D-A2-D-A1 type small molecular acceptors based on naphthopolyazacycle core and their structure-property relationship. Compared with Y6, this type of small molecular acceptors has the relatively linear structure. At the same time, the introduction of naphthopolyazacycle skeleton will improve the crystallinity, decrease the HOMO level and enhance the stability. With lowering the HOMO level, more and more excellent and deep HOMO donor materials developed previously, can be used to match well with those small molecular acceptors for realizing much higher device performance. We will design different molecular structures of naphthopolyazacycle core, fused heterocycles with the naphthopolyazacycle core and terminal electron-deficient units for comprehensive regulation of optical absorption, energy level, charge transport, blend miscibility and crystallinity. This project will resolve the key scientific problems in molecular system of Y6. Subsequently, we will systematically study the binary blend and multiple blend devices based on our developed small molecular acceptor materials in this project. Finally, highly efficient tandem devices will be put forward and fabricated using above multiple blend cells as the sub-cells, which will break through the efficiency bottleneck of organic/polymer solar cells and establish foundation for realizing their commercial applications in the near future.
本项目针对Y6受体小分子材料存在结晶性较差、HOMO 能级较高、水氧稳定性较差、构效关系不清楚等问题,聚焦设计大π共轭刚性平面的多氮杂核心骨架,成功制备出一系列新结构的 A1-D-A2-D-A1 型小分子受体材料,解决了Y6分子存在的关键科学问题,阐明了其分子构型和光伏性能之间的关系。我们通过侧链工程、端基策略、聚合策略等,合成出一系列具有Y6基本结构的有机小分子和聚合物受体材料,揭示了这类材料的分子堆积方式,提供了更高性能Y6类受体材料的分子设计方法,所制备的有机太阳能电池效率最高达到20.12%,达到了项目立项时所提出的目标。同时,我们针对本项目所发展的Y6类受体材料,拓展研究与之能级和光谱完美匹配的聚合物给体材料,其中基于双氟苯并噻唑的宽带隙聚合物,综合性能超过目前商业化的PM6和D18。本项目还针对活性层形貌精细调控,主动设计了一系列添加剂分子,揭示出添加剂调控活性层纳米相分离的新原理。我们还发展一系列高性能的空穴传输层材料及其薄膜可控制备工艺,发展出与本体异质结常规器件结构不同的给受体交互异质结、双本体异质结等器件新结构,实现了有机聚合物太阳能电池效率20%的突破。我们也拓展了所发展的有机聚合物材料的应用范围,成功制备出效率超过26%的钙钛矿太阳能电池。相关研究结果共发表了SCI论文53篇,IF大于10的有39篇,包括Energy Environ. Sci. 3篇,Adv. Mater. 12篇,Adv. Funct. Mater. 3篇,Angew. Chem. Int. Ed. 6篇, Adv. Sci. 2篇,Nano Energy 1篇,Chem. Eng. J. 8篇等。授权中国发明专利5件。2021年获得四川省自然科学奖一等奖1项。基于本项目的资助,我们培养并毕业了6名博士和17名硕士研究生,徐小鹏博士于2024年成功获批国家自然科学基金优秀青年基金。
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
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批准号:22379101
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项目类别:面上项目
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资助金额:50万元
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批准年份:2023
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负责人:彭强
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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
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批准号:81973261
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项目类别:面上项目
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资助金额:55.0万元
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批准年份:2019
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负责人:彭强
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依托单位:
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
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批准号:51573107
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项目类别:面上项目
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资助金额:68.0万元
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批准年份:2015
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负责人:彭强
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依托单位:
白蛋白包衣对纳米粒递药系统的保护作用
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批准号:81402860
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:23.0万元
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批准年份:2014
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负责人:彭强
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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
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批准号:21272164
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项目类别:面上项目
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资助金额:40.0万元
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批准年份:2012
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负责人:彭强
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依托单位:
国内基金
海外基金