[00881117]高性能、低成本有机光伏材料的设计合成与性能研究

该项目属于光电和新能源领域。有机光伏材料由于质轻、柔性、颜色与透明性易调、可低温溶液法制备成大面积器件等诸多优势，在可穿戴式电子品和便携式能源供给等行业有广阔的应用前景。该项目在国家自然科学基金国际合作项目等的资助下，利用低成本原料，通过创新的合成方法、分子设计和器件结构，获得了一系列新型有机光伏材料及电池，实现了同类型光伏材料及器件的性能最高值。 主要原创性成果有： 1)建立了有机光伏材料的高效经济合成新方法。第一，首次采用非均相Pd/C催化剂制备DPP类共轭聚合物，克服了传统的均相催化剂价格昂贵、不可回收和空气敏感等不足，所得的聚合物分子量更高，减少了金属催化剂的残留，显著提高了迁移率；第二，开创性利用C-H活化反应获得了系列化光电性能易调的DPP类共轭小分子，简化了反应步骤，拓宽了原料来源，并由此制备出高性能的有机太阳电池。相关成果两次被美国科学院院士Swager教授作为有机合成方法学的重要进展在Synfacts做亮点评述。 2)提出了系统化的分子设计新策略，实现了低成本有机光伏材料的高性能化。针对PDI和DPP的电子结构特点，将强吸电性的氟取代基引入PDI中，而弱吸电性的酯基引入到DPP，获得了高迁移率和高空气稳定性的有机n型半导体材料，也实现了光电流和光电压的平衡；进一步，构建具有三维空间结构的DPP受体分子，通过其非平面构型有效解决了纳米级相分离与强的π‒π共轭之间的核心矛盾，获得了当时基于同一材料体系非富勒烯电池效率的世界最高值。相关成果被诺贝尔奖获得者Heeger教授等同行公认为实现优异光伏性能的有效途径，引发了广泛的跟踪研究。 3)构筑了太阳电池的多个高效器件新结构。针对太阳电池中电极、界面层和连接层等核心结构中的材料难题，采用有机-无机复合、梯度结构设计等策略，在多个同类型光伏器件中，实现其性能最高值，包括有机叠层太阳电池、大面积柔性有机太阳电池和免掺杂p-i-n型钙钛矿太阳电池。以上多个世界最高效率得到染料敏化太阳电池之父Grätzel院士等专家的一致认同。 该项目为有机光伏器件的产业化提供了低成本的材料支撑，也为实现有机光伏材料及器件的高性能化提供了系统化新方法和新技术，带动了国际上相关方向的研究。10篇代表性论文平均影响因子为15.92，SCI他引914次，最高单篇他引199次，4篇论文曾入选ESI高被引论文，1篇入选全国百篇最具影响国际论文。