课题基金 / 基金详情

稠合DAD单元构筑的聚合物受体材料在全聚合物光伏电池中的应用

批准号:
52073067
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
唐爱玲
依托单位:
学科分类:
光电磁功能有机高分子材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
唐爱玲

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
聚合物受体因其易于调节的光电性质、优异的热、光、机械稳定性和易于大面积加工的高油墨粘度的特点,一直以来都备受研究者的关注。然而,聚合物受体对近红外区域的光利用率低、电子迁移率低以及与聚合物给体共混的薄膜形貌调控难的缺点,大大限制了全聚合物太阳能电池效率的进一步提升。设计全新结构的高效聚合物受体材料是十分必要的。本项目将设计合成一系列基于稠合DAD单元的聚合物受体。通过改变中心DAD稠合单元、侧链类型、共聚单元类型来细致研究这类n型聚合物的结构——性质——性能的关系,获得一类结晶性好、光捕获能力优异、电子迁移率高的聚合物受体。通过修饰给体和受体分子的分子结构和引入非共价键相互作用建立构象锁等方法来提高聚合物给体和聚合物受体的相容性和调节光活性层的形貌。结合器件优化和封装技术,最终实现全聚合物太阳能电池器件效率显著增长和重大突破。
英文摘要
Polymer electron acceptors have attracted much attention of researchers recently, because of their tunable optical and electrochemical properties, superior thermal, photo and mechanical stability, as well as high viscosity for large-scale manufacturing. However, the low light utilization in the near-infrared region, low electron mobility, and undesirable morphological features of the polymer blend significantly limited the further improvement of the efficiency for the all-polymer solar cells (all-PSCs). Thus, it is necessary to design novel and high-efficiency polymer electron acceptors. In this project, we will design and synthesize a serious of fused DAD structure-based polymer electron acceptors. By optimizing the center DAD fused groups, alkyl side chains and comonomer units of the polymers, we will systematically study the structure-property-performance relationship for the n-type polymers. And we will obtain a class of promising n-type polymers with good crystallinity, superior light-harvesting capability, and high electron mobility. Aiming to fine-tune the compatibility of the polymer donor and polymer acceptor and further control the blend morphology in all-PSCs, we will carefully design the structure of the polymer electron donors and acceptors and introduce the non-covalent interactions to construct conformational locks. Combining with the device optimization and thin-film encapsulation technology, finally, we will increase the device performance of all-PSCs devices obviously and achieve a significant breakthrough in this field.
在国家自然科学基金(52073067)的资助下,围绕着含DAD型稠合单元的聚合物受体的设计合成、新型聚合物给体设计以及高性能光伏器件的制备开展了系列研究,具体如下:.1. 含DAD型稠合单元的聚合物受体材料设计方面:通过设计稠合DAD单元上中心A单元及其烷基侧链开发出一系列具备不同分子能级与结晶性的稠合DAD单元,进而与二氰基茚酮(IC)制备A’-DAD-A’作为共聚吸电子单元制备聚合物受体。聚合物共聚单元D单元的设计包括苯并噻二吩(BDT)、氯代苯并二噻吩、噻吩、二氟取代噻吩等。我们系统性地研究了基于该类DAD单元的聚合物受体中各个构成单元的结构演变对于分子性质与器件性能的影响。.2. 聚合物给体材料的设计方面:选用PY-IT作为聚合物受体,探索与之相匹配的给体聚合物的设计。选择具备强聚集能力的酯基聚合物作为研究对象,对其分子结构进行优化设计。研究的内容包括给体材料骨架内的推拉效应调控,烷基链调控分子结晶性,共轭单元中硫族、卤族元素的取代等。其中以苯并二呋喃作为给电子单元与二酯基噻吩修饰的并噻吩单元共聚的聚合物给体BDF-TTC-F与PY-IT混合,可以实现0.93 V的开路电压和17%的光电转换效率。.3. 新型DAD稠合单元的开发设计:以A-DA'D-A型香蕉形非富勒烯受体 (NFA)Y6为基准,创造性地设计了苊[1,2-b]喹喔啉酰亚胺(AQI)作为大A'单元,进而合成两个三叶草型的受体AQI2和AQI4。含有AQI单元的NFA可以增强发光,减少斯托克位移,并最大限度地减少OPV的能量损失。纵向的共轭延伸提供了更大的偶极矩,从而实现了高效的空穴转移和较长的极化子寿命。基于D18:AQI2的器件获得了16.48%的PCE,Voc为1.00 V,而基于D18:AQI4的器件在Voc为0.95 V的情况下实现18.02%的更高PCE。我们的工作证明了三叶草形状的NFA可以成为一类有前途的高性能高压OPV材料。. 上述工作为新型有机光电材料的开发,尤其是应用于全聚合物太阳电池的高电压高性能材料方面提供了创新思路,部分研究成果得到了广泛关注,产生了较大的学术影响力,具有良好的潜在应用价值。
基于苯并三氮唑的高开路电压高性能小分子非富勒烯受体材料的设计与性能研究
  • 批准号:
    51873044
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    唐爱玲
  • 依托单位:
吡咯并吡咯二酮小分子非富勒烯受体材料的设计、合成及其光伏性能
  • 批准号:
    21602040
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    唐爱玲
  • 依托单位:
国内基金
海外基金