科技成果

阅读数: 2810

成果名称: 含氟聚合物的设计制备及其光伏特性研究

成果登记号: 9612019Y0660

第一完成单位: 西安近代化学研究所

联 系 人: 刘芳莉

成果类型: 应用技术

成果体现形式 : 新技术

技术领域: 新材料及其应用

应用行业: 科学研究和技术服务业

成果简介:

项目属新材料与新能源领域的有机光电材料科学技术领域。聚合物光伏电池是新一代的光伏电池技术,具有重量轻、成本低、可弯曲的优点,在军事领域以及民用领域均由重要的应用前景,但是制约聚合物光伏电池实用化的主要问题在于光电转换效率还较低。这其中光活性层中充当电子给体材料的共轭聚合物材料是器件性能提升的关键之一。理论上,在给体聚合物的交替结构中引入缺电子单元能够有效降低HOMO能级,提升电池的开路电压,从而实现器件光电转换效率的提升。

喹喔啉是含有氮杂平面结构的缺电子单元,具有良好的共轭电子离域性,与不同的共轭富电子单元共聚能够形成性能可调节的给-受体型(D-A)聚合物。考虑到拉电子的氟原子对给体聚合物能级以及最终光电性能的影响,项目设计将氟原子引入缺电子性喹喔啉的苯环上,开发系列具有深HOMO能级的含氟给体聚合物材料,提升器件的开路电压和光电转换效率。主要发明点如下:

1、发明了一系列具有含氟喹喔啉结构的新型共轭聚合物材料,有效降低了聚合物的HOMO能级,应用于聚合物光伏器件中,增强了开路电压和光电转换效率,其中双氟喹喔啉聚合物最高获得了7.76%的效率,比同期同类产品提高了27%。

2、揭示了氟代喹喔啉型聚合物开路电压提升的原因,发现了氟原子引入除了降低聚合物HOMO能级之外,还能够有效提升聚合物材料的介电常数,从理论上阐明了两者的协同作用共同导致开路电压提升的本质。

3、发现了在二噻吩并苯侧链进行侧链调控的规律,与2-异辛基噻吩相比,2,3-二辛基噻吩取代二噻吩并苯能够有效降低材料的HOMO能级,从而实现开路电压和器件光电转换效率的同步提升。应用于双氟苯并噻二唑聚合物P3,最高实现了8.47%的光电转换效率。

本项目共获授权发明专利18件,发表国际期刊SCI学术论文21篇,其中单篇影响因子最高13.12。单体及聚合物材料在下游厂商得到了应用,2016至2018年间实现销售收入241.62万元,经济及社会效益显著。