基于经典给体材料聚(3-己基噻吩)的高效有机光伏电池

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基本信息

  • 批准号:
    21875052
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0908.能源材料化学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Poly(3-hexylthiophene) (P3HT),P3HT can be produced cost-effectively in large quantities (up to kg scale) and with high regioregularity (98%) by Grignard metathesis, and thus become the most important materials for the fabrication of large-area photovoltaic devices. However, the power-conversion efficiency (PCE) of classic P3HT: PCBM system could only realize 4% and 5%, which is due to the poor absorption and the large mismatch of energy levels. In this research, we design and synthesize a series of A2-A1-D-A1-A2 type electron acceptors. By this means, the absorption, energy levels and charge carrier mobility can be tuned by adjusting D, A1 and A2 units. The target of this project will focus on developing new electron acceptors for P3HT based solar cells and get insights into the relationship of the structures, properties, and photovoltaic performance of the A2-A1-D-A1-A2 type acceptor materials. Fine-tuning on the molecular levels and absorption spectra of these acceptors will be accomplished through systemic molecular modifications. That means the new molecular design strategy will accelerate the development of electron accepting photovoltaic materials, especially for the cost efficiency P3HT based polymer solar cells in theory and reality.
聚-3-己基噻吩 (P3HT)可以实现公斤级的生产,是成本最低、最具产业化潜力的聚合物光伏材料,也是目前大面积有机光伏器件制备首选的材料。然而,经典的P3HT/PCBM体系的光电转换效率为4-5%左右。这主要是由于P3HT与PCBM的吸收光谱均较窄、能级不匹配,导致P3HT/PCBM体系的短路电流(Jsc)和开路电压(Voc)都较低。 本研究工作分析总结近3年非富勒烯受体材料的研究进展,立足于A2-A1-D-A1-A2型小分子受体材料,通过对该类受体材料进行深入的修饰和改进,选择不同的D、A1、A2单元,系统研究各组成部分对该类材料光电性能的影响规律,基于该规律结论设计制备适用于P3HT给体材料的高性能受体材料。获得基于P3HT材料的高性能太阳能电池,对聚合物光伏材料的发展及产业化进程做出一定的贡献。

结项摘要

在国家自然科学基金(21875052)的资助下,围绕着基于经典的给体材料聚(3-己基噻吩)的高效有机光伏电池开展了系列研究,重点探究了A2-A1-D-A1-A2型小分子受体在P3HT基有机光伏器件中的构效关系,并获得了一系列基于P3HT 的高性能有机太阳能电池。具体如下:.1..我们开发了一类A2-A1-D-A1-A2型小分子受体。以IDT为核,氰基绕丹宁单元作为封端A2单元,我们系统性地研究了该类受体的A1单元的结构变化对于分子性质与器件性能的影响。A1单元的设计包括甲氧基取代苯并三氮唑(BTA)单元、苯并噻二唑(BT单元)、苯基取代喹喔啉单元。结果表明,甲氧基取代可以提升器件的开路电压,喹喔啉单元可以增强骨架内的分子内电荷转移和分子间的相互作用,提升器件的短路电流。最终,喹喔啉基A2-A1-D-A1-A2型小分子受体(Qx3b)与P3HT匹配,可以实现6.37%的光电转换效率。.2..我们系统探究了A2-A1-D-A1-A2型小分子受体中各构筑单元的烷基侧链对于器件性能的影响。中心核上的苯基侧链替换为烷基侧链,可以显著增加分子间的相互作用,促进光谱红移,提升器件性能。A2单元(氰基绕丹宁)上的烷基链可以调控分子的取向。以BTA3为模型,中心IDT核烷基链采用烷氧基苯基的侧链,相应的P3HT:BTA43的分子可以获得6.56%的光电转换效率。.3..在上述工作的基础上,我们进一步将IDT的中心核改为IDSe单元,硒原子的引进可以提升材料的载流子迁移率,增强分子间的相互作用,提升器件短路电流,可将P3HT基有机光伏器件的光电转换效率进一步提升至7.12%。为进一步拓宽材料的吸收光谱,我们将IDT五元环的中心核进一步拓展为六元环和DAD型稠合单元,共轭结构扩展可加强分子内的电荷转移,吸收光谱进一步红移至800 nm以上,器件的光电转换效率可提升至9.5% 以上。. 上述工作为基于P3HT的高电压高性能有机光伏器件的开发提供了创新思路,部分研究成果得到了广泛关注,产生了较大的学术影响力。

项目成果

期刊论文数量(69)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A2–A1–D–A1–A2 type non-fullerene acceptors based on methoxy substituted benzotriazole with three different end-capped groups for P3HT-based organic solar cells
基于具有三个不同封端基团的甲氧基取代苯并三唑的 A2→A1→D→A1→A2 型非富勒烯受体,用于 P3HT 有机太阳能电池
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    J. Mater. Chem. C
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Qianqian Zhang;Bo Xiao;Mengzhen Du;Gongqiang Li;Ailing Tang;Erjun Zhou
  • 通讯作者:
    Erjun Zhou
Utilizing Benzotriazole-Fused DAD-Type Heptacyclic Ring to Construct n-Type Polymer for All-Polymer Solar Cell Application
利用苯并三唑稠合DAD型七环构建n型聚合物用于全聚合物太阳能电池应用
  • DOI:
    10.1021/acsaem.1c00584
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    ACS Applied Energy Materials
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Zhang Bao;Li Jianfeng;Tang Ailing;Geng Yanfang;Guo Qiang;Zhou Erjun
  • 通讯作者:
    Zhou Erjun
Benzotriazole-based p-type Polymers with Thieno[3,2-b]thiophene π-Bridges and Fluorine Substituents to Realize High VOC
具有噻吩并[3,2-b]噻吩桥和氟取代基的苯并三唑基 p 型聚合物可实现高 VOC
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    ACS Applied Polymer Materials
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    You Chen;Qianqian Zhang;Mengzhen Du;Gongqiang Li;Zijie Li;Hui Huang;Yanfang Geng;Xiaoli Zhang;Erjun Zhou
  • 通讯作者:
    Erjun Zhou
Conjugated Materials Containing Dithieno[3,2-b:2ʹ,3ʹ-d]pyrrole and its Derivatives for Organic and Hybrid Solar Cell Applications
用于有机和混合太阳能电池应用的含有二噻吩并[3,2-b:2Ê1,3Ê1-d]吡咯及其衍生物的共轭材料
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    J. Mater. Chem. A
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yanfang Geng;Ailing Tang;Keisuke Tajima;Qingdao Zeng;Erjun Zhou
  • 通讯作者:
    Erjun Zhou
Recent advances in PM6:Y6-based organic solar cells
PM6:Y6基有机太阳能电池的最新进展
  • DOI:
    10.1039/d1qm00060h
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Materials Chemistry Frontiers
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Qing Guo;Qiang Guo;Yanfang Geng;Ailing Tang;Maojie Zhang;Mengzhen Du;Xiangnan Sun;Erjun Zhou
  • 通讯作者:
    Erjun Zhou

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其他文献

氟化策略:高效有机光伏材料的设计与应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邓丹;周二军;魏志祥
  • 通讯作者:
    魏志祥
基于引达省并二噻吩及其衍生结构的有机光伏材料研究进展
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    有机化学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    翟文超;周二军
  • 通讯作者:
    周二军

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新型双噻吩稠合苯并二噻吩类共轭聚合物光伏材料的设计与合成
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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