新型共轭聚合物太阳能电池材料的设计合成及其性质研究

Polymer solar cells possess great significance and potential value in development and application of new energy due to their relatively low cost, the fabrication processing by solution forming a film, the mechanical flexibility and large-area coverage, and the tunable optical absorption wavelength etc. The power conversion efficiency (PCE) of the polymer solar cell is determined by optical absorption efficiency of the device. How to enhance the PCE of polymer solar cell has become a hot issue and attracted more and more research interesting.. The focus of this project aims at the design and synthesis of polymer that can enhance and improve the energy conversion efficiency of the polymer solar cell. Benzodithiophene, because it has specific advantages, such as, a large planar conjugated structure to form π-π stacking easily, and smaller steric hindrance between adjacent structural units, usually is involved in the synthesis of polymer solar cells. The project is planning to design and synthesize a series of benzodithiophene compounds with different substituents, in order to adjust and modify polymer structures for solar cells, thereby enhancing the optical absorption of solar cells and improve power conversion efficiency of polymer solar cells.

聚合物太阳能电池因其相对低廉的造价、可溶液成膜的制备工艺、机械可弯曲性和大面积成膜的优势，以及光学吸收波长的可调谐性等，对于新能源的开发和应用具有重要意义和潜在价值。聚合物太阳能电池的能量转化效率取决于器件的光学吸收效率，如何增强电池的转化效率已成为一个重要的研究方向。. 本项目提出设计合成能够改善和提升聚合物太阳能电池能量转化效率的高分子化合物。苯并双噻吩结构单元，由于其具有较大的平面共轭结构、易于形成π-π堆积以及相邻结构单元之间位阻较小等优势，通常参与合成用于太阳能电池的聚合物。通过设计合成一系列带有不同取代基的该化合物，调整和修饰用于太阳能电池的聚合物结构，从而增强电池的光学吸收，来达到提升太阳能电池转化效率的目的。

随着社会发展的日新月异，能源问题已经成为一个越来越重要的话题，尤其是以太阳能、风能、水能等为代表的清洁能源更是人们探索和研究的焦点。有机太阳能电池是一种利用有机/高分子半导体材料作为光活性层将太阳能转换为电能的器件。与其他类型的太阳能电池相比，有机太阳能电池具有的低成本、质量轻、制作工艺简单、可大规模印刷及柔性等优点，已经展现出巨大的商业应用前景。为了要想进一步提高有机太阳能电池的性能，人们就必须在新材料的结构设计以及器件加工等方面做更深入的研究。.有机小分子/寡聚物材料为基础的有机光伏器件，因其易修饰和分离提纯、结构明确、无批次差别等优点，近年来得到广泛的关注和研究。因其轻便，灵活，低成本和易于加工等优势，体异质结（BHJ）有机光伏（OPV）技术已经取得了显着的进步。在有机光伏技术研究中，为了制备以BHJ薄膜作为活化层的器件，将不可避免的要用到两种有机半导体，它们分别具有空穴传输（供体）和电子传递（受体）特征。.该项目主要聚焦基于富勒烯的电子受体的合成工作。在项目执行期，申请人及时关注热点动向，积极跟进与项目相关领域内的研究发展和成果发表。在研究团队的支持下，解决了实验场所问题，搭建了自己的实验平台，并逐渐开始了自己的工作。同时，结合实际情况，将合成路线进行了优化，使得原料更易得，操作更简便、安全。为了更好的将电子受体的共轭结构进一步加强，我们用联噻吩作为底物，经过两步反应，生成共轭体系更大的有机化合物。.另一方面，在前期得到苯并双噻吩的基础上，我们尝试引入卤素原子，调节该化合物的HOMO、LUMO能级，以期达到调节目标产物电子能带隙的目的。在优化合成路线和反应条件的基础上，希望能以更高的产率拿到目标化合物。在分别得到两个单体后，我们将二者进行聚合反应，在Pd(PPh3)4催化作用下，可得到聚合体。该聚合体将被用来作为有机光伏器件（聚合物太阳能电池）的活化层发挥作用。