[00754875]实现高效率有机太阳电池的新型聚合物材料及器件结构

能源问题是人类社会面临的一项重大挑战，发展淸洁可再生的新能源是中国经济可持续发展的基础与动力。利用丰富的太阳光能量是全球科技研发的焦点之一，探寻高效率光电转换材料及相应技术是关键。有机/聚合物太阳电池具有原料来源广泛、低成本的大面积加工等特点，已经成为下一代新型薄膜太阳电池中的重要一类。1992年美国加州大学(圣芭芭拉)Heeger团队发现共轭聚合物与C<,60>之间存在高效、超快的光诱导电荷转移现象(Science 258,1474,1992),1995年实现体向异质结太阳电池(Science 270,1789,1995),奠定了聚合物太阳电池的实验与理论基础。其后20年，通过新材料的开发、体相微结构调控、器件物理与光物理的深入研究，该领域取得长足进展，从能量转换效率的发展来看主要经过了三个阶段：1995-2004(1-3%)；2005-2007(3-5%)；2007-至今(5-10%)。有机/聚合物太阳电池材料与技术是全球科技研发的焦点之一，其中探寻高效率光电转换材料及相应技术是关键。该项目面向中国在新材料、新能源领域的重大需求，开展高效聚合物太阳电池材料与器件的基础研究，在推动聚合物太阳电池的发展（三个发展阶段）过程中作出了若干原创性的贡献。该项目较早在科学文献中提出利用电子给受体（D-A)型共扼聚合物实现宽谱带光谱吸收的材料设计思想，使吸收带边拓宽到674nm,在A单元的两端引入噻吩桥成为聚合物给体调节能带隙和实现高能量转换效率的重要方法，并于2004年报导含DBT的共轭聚合物给体的效率超过2%(2004,代表作1 )。2011年在DBT的基础上发展了萘二并噻二唑（NT)基元，构筑的聚合物实现光谱的大辐增宽及载流子迁移率的大幅提高，器件效率超过6%(2011,代表作6),用其作为倒置器件活性层，效率超过8%。该项目在科学文献上最早提出通过非硫(Se，Si)芳香杂环D-A型聚合物实现能带隙窄化及提高迁移率的途径，并实现第二个能量转换效率超过5%的非P3HT共轭聚合物(2008,代表作3)。该项目提出了侧链型D-A共轭聚合物太阳电池材料(置于侧链)的设计新策略，为实现光伏聚合物光吸收、能级的可控调节提供了新思路(2010，代表作5)。该项目进一步提出以水/醇溶性共扼聚合物及聚电解质作为太阳电池多层器件的阴极调控层实现器件开路电压的提升(2009,代表作4)；随后连续大幅提高了正装太阳电池效率(2011,代表作7和8),实现了国际上科学文献中报导的第一个效率超过8%的聚合物太阳电池(2011，代表作8)。项目成果得到国际学术界的高度评价，引用与跟进，使该团队在聚合物太阳电池领域的研究水平处于国际前沿，部分方向上处于领先与引领地位。已发表SCI论文120篇，影响因子超过10的论文16篇。20篇核心论文被他人引用2979余次，单篇最高他引783次。已获发明专利授权7项。相关论文入选2011年中国百篇最具影响国际学术论文，并被Nature, Science,Nature Mater.,Nature Photon.,Nature Comm.等国际著名科学期刊十多个篇次引用和正面评价。