环化靛蓝聚合物及在太阳能电池中的应用

在传统的聚合物/有机本体异质结电池中，聚合物/有机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，传统受体材料富勒烯衍生物易于发生聚集，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/有机给体和非富勒烯受体材料是十分必要的。本课题基于环化靛蓝及氟代环化靛蓝、环化靛蓝酰胺类似物吡咯烷酮、环化靛蓝稠环类似物引达醒类并环结构合成出可溶液加工性的、宽波段吸收、高载流子迁移率的聚合物/有机大分子光伏材料，并将其应用在电池器件中，探索了分子化学结构、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。1）设计合成的氟代环化靛蓝的聚合物，展现出很好的近红外区域的光电响应，且空穴迁移率可达0.39 cm2V-1s-1。2）设计合成的基于环化靛蓝酰胺类似物吡咯烷酮的大分子，展现出了很高的空穴迁移率> 1 cm2V-1s-1，并且与稠环电子受体共混制备的全有机分子非富勒烯太阳能电池当中光电转化效率大于 6%，在文章发表当时是同类器件当中的世界记录。3）合成了基于环化靛蓝稠环类似物引达醒并环的大分子，并研究了稠环大小以及侧链取代对材料性能的影响。该类材料的聚合物太阳能电池光电转化效率达到13%，半透明太阳能电池器件效率10.8%。基于该类材料的太阳能电池器件重量轻、制备工艺简单、高效率，因此具有很好的应用前景。

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。