共轭支链末端带受体单元的聚噻吩衍生物的设计、合成及其光伏性能研究

太阳能被认为是二十一世纪最重要的新能源。聚合物太阳能电池具有低成本、易于加工、适于制备大面积柔性器件等优点，正受到学术界、工业界的广泛关注。而作为聚合物太阳能电池光敏活性层的主要组成部分的聚合物给体光伏材料，需要兼具较宽的吸光范围和较低的HOMO能级(最高占有轨道)、高空穴迁移率以及良好的溶液加工性能。基于本研究组在宽吸收支链共轭聚噻吩衍生物给体光伏材料的研究基础，本课题拟开展给体单元(D)位于主链、受体单元(A)位于共轭支链末端的新型D-A结构聚噻吩类衍生物的合成及其光伏性能的研究。通过改变主链的给电子能力，共轭支链的长短以及共轭支链末端基团的吸电子能力，来有效调控聚合物的能级与吸光范围，得到兼有高的开路电压与大的短路电流的高效给体光伏材料。

由于具有成本低和机械柔性的优点，共混异质结聚合物太阳能电池被认为是一种先进的光伏技术。为了优化吸收、调控能级和提高迁移率，（1）发展了利用共轭支链来拓展吸收和提高迁移率的两维共轭聚合物，以聚合物为给体探索了这类材料在富勒烯太阳能电池和非富勒烯太阳能电池中的应用; (2）为了提高器件的效率和稳定性，发展了有机阴极缓冲层，用于两维共轭聚合物器件。基于PBDT-FBTA/PC70BM (1:2, w/w)的聚合物太阳能电池，能量转化效率达到了6.0%，开路电压为0.75V，短路电流为11.90 mA/cm2，填充因子为67.2%；制备了基于支链间隔聚噻吩衍生物(PT4TV 和PT4TV-C)为给体，n-型聚苝二酰亚胺类聚合物(PPDI-DTT)为受体的全聚合物太阳能电池。PT4TV器件的能量转化效率达到了1.17%。发表标注本项目资助的论文11篇，6篇影响因子大于5，其中一篇为《能源与环境科学》，影响因子为15.49.