项目名称: 环化靛蓝聚合物及在太阳能电池中的应用

项目编号: No.21504058

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 林禹泽

作者单位: 首都师范大学

项目金额: 21万元

中文摘要: 聚合物/富勒烯异质结电池中,聚合物光伏材料较低的载流子迁移率降低了活性层最佳厚度,不适合用于制备大面积电池器件,富勒烯易于发生聚集,不利于器件的长期稳定性;因此发展适合大面积器件制备的新型聚合物给体和非富勒烯受体材料是十分必要的。本课题拟基于环化靛蓝、氟代环化靛蓝结构合成出溶液加工性好、宽波段吸收、高载流子迁移率的聚合物电子给体、受体材料,并应用在电池器件中,探索出聚合物化学结构、聚集态结构、电子态结构与载流子传输及光伏性能之间的关系。材料设计是工作的重心,创新点如下:1)天然靛蓝染料造价低廉、吸收强有利于利用更多的光子;2)并环体系具有大的平面结构,从而使分子间相互作用增强,这有利于提高载流子迁移率和电荷的分离;3)并环体系中电子高度离域,有利于吸收光谱向长波方向移动,同时引入聚合物进一步拓宽材料的吸收范围;4)氟取代可以调控电子分布及能级。

中文关键词: 靛蓝;并环;聚合物半导体;本体异质结;太阳能电池

英文摘要: Of Polymer/fullerene heterojunction solar cells, the low carrier mobility of polymer photovoltaic materials results in the thin active layer, and then limits the development of large area device; meanwhile self-aggregation of fullerene in blend film decreases long-term stability of solar cells. Thus the development of novel polymer donor and non-fullerene acceptor materials for large-area devices is essential. In this project, we intend to develop solution-processing, broad absorption, high charge carrier mobility polymer materials based on bay-annulated indigo or fluorinated indigo, and then apply them in organic solar cells as donors and acceptors, also explore the relationship among chemical structure, electronic structure, thin film morphology, carrier transport and photovoltaic performance. This project focuses on material design, and the innovations are as follows: 1) low cost natural indigo dyes have strong absorption ability; 2) fused-ring systems have large coplanar structures, and bring about enhanced molecular interaction, which is beneficial to charge carrier mobility and charge separation; 3) fused-ring systems have highly delocalized electron structures, and can absorb long-wavelength photons, and then polymerization can broaden absorption spectra; 4) fluoro-substitution can adjust electronic distribution and energy levels of materials.

英文关键词: indigo;fused-ring;polymer semiconductor;bulk heterojunction;solar cell

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