環(huán)化靛藍聚合物及在太陽能電池中的應(yīng)用

在傳統(tǒng)的聚合物/有機本體異質(zhì)結(jié)電池中，聚合物/有機光伏材料較低的載流子遷移率降低了活性層最佳厚度，不適合用于制備大面積電池器件，傳統(tǒng)受體材料富勒烯衍生物易于發(fā)生聚集，不利于器件的長期穩(wěn)定性；因此發(fā)展適合大面積器件制備的新型聚合物/有機給體和非富勒烯受體材料是十分必要的。本課題基于環(huán)化靛藍及氟代環(huán)化靛藍、環(huán)化靛藍酰胺類似物吡咯烷酮、環(huán)化靛藍稠環(huán)類似物引達醒類并環(huán)結(jié)構(gòu)合成出可溶液加工性的、寬波段吸收、高載流子遷移率的聚合物/有機大分子光伏材料，并將其應(yīng)用在電池器件中，探索了分子化學(xué)結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、電子態(tài)結(jié)構(gòu)與載流子傳輸及光伏性能之間的關(guān)系。1）設(shè)計合成的氟代環(huán)化靛藍的聚合物，展現(xiàn)出很好的近紅外區(qū)域的光電響應(yīng)，且空穴遷移率可達0.39 cm2V-1s-1。2）設(shè)計合成的基于環(huán)化靛藍酰胺類似物吡咯烷酮的大分子，展現(xiàn)出了很高的空穴遷移率> 1 cm2V-1s-1，并且與稠環(huán)電子受體共混制備的全有機分子非富勒烯太陽能電池當中光電轉(zhuǎn)化效率大于 6%，在文章發(fā)表當時是同類器件當中的世界記錄。3）合成了基于環(huán)化靛藍稠環(huán)類似物引達醒并環(huán)的大分子，并研究了稠環(huán)大小以及側(cè)鏈取代對材料性能的影響。該類材料的聚合物太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率達到13%，半透明太陽能電池器件效率10.8%。基于該類材料的太陽能電池器件重量輕、制備工藝簡單、高效率，因此具有很好的應(yīng)用前景。

聚合物/富勒烯異質(zhì)結(jié)電池中，聚合物光伏材料較低的載流子遷移率降低了活性層最佳厚度，不適合用于制備大面積電池器件，富勒烯易于發(fā)生聚集，不利于器件的長期穩(wěn)定性；因此發(fā)展適合大面積器件制備的新型聚合物給體和非富勒烯受體材料是十分必要的。本課題擬基于環(huán)化靛藍、氟代環(huán)化靛藍結(jié)構(gòu)合成出溶液加工性好、寬波段吸收、高載流子遷移率的聚合物電子給體、受體材料，并應(yīng)用在電池器件中，探索出聚合物化學(xué)結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、電子態(tài)結(jié)構(gòu)與載流子傳輸及光伏性能之間的關(guān)系。材料設(shè)計是工作的重心，創(chuàng)新點如下：1）天然靛藍染料造價低廉、吸收強有利于利用更多的光子；2）并環(huán)體系具有大的平面結(jié)構(gòu)，從而使分子間相互作用增強，這有利于提高載流子遷移率和電荷的分離；3）并環(huán)體系中電子高度離域，有利于吸收光譜向長波方向移動，同時引入聚合物進一步拓寬材料的吸收范圍；4）氟取代可以調(diào)控電子分布及能級。