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实现高效率有机太阳电池的新型聚合物材料及器件结构

自然科学奖:

项目名称: 实现高效率有机太阳电池的新型聚合物材料及器件结构推荐单位(专家): 国家教育部

项目简介:

利用丰富的太阳光能量是当前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。本项目面向我国在新材料、新能源领域的重大需求,开展高效有机/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。

本项目较早(2002年) 在科学文献中提出利用电子给受体(D-A)型共轭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(J. Mater. Chem., 2002, 12, 2887),在A单元的两端引入噻吩桥,使之成为聚合物给体调节能带隙的重要方法。于2004年报导含DBT的共轭聚合物给体的能量转换效率(PCE)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%。

本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)。

本项目提出了侧链型D-A共轭聚合物太阳电池材料(A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)。

本项目在前期具有国际原创性的将水醇溶性聚合物用于聚合物电致发光器件界面调控的研究成果基础之上,进一步提出以水/醇溶性共轭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)。

本项目成果得到国际学术界的高度评价, 引用与跟进, 使本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索引论文120篇, 影响因子(Impact Factor)超过10的论文16篇。论文被他人引用3100余次,单篇最高他引760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,并被国际著名科学期刊Nature, Science, Nature Photonics, Nature Materials, Nature Comm. 引用和

正面评价。

主要完成人情况表

1、完成人情况表

2、完成人情况表

3、完成人情况表

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5、完成人情况表

代表性论文专著目录

五、论文、论著目录

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