新型共轭聚合物光伏材料简介

新型共轭聚合物光伏材料简介

   在国家自然科学基金委、科技部、中科院和化学所的支持下，中科院化学所有机固体院重点实验室李永舫研究员领导的课题组，近期在应用于聚合物太阳能电池的新型共轭聚合物光伏材料的研究方面取得重要进展，有关研究成果申请了中国发明专利并发表在J. Am. Chem. Soc.等学术期刊上。

    该课题组设计和合成了一系列带共轭支链(苯乙烯或噻吩乙烯支链)的支链共轭聚噻吩，通过调节共轭支链的长度以及聚噻吩主链上带共轭支链噻吩单元的比例，得到在可见区具有宽吸收和强吸收系数的聚噻吩衍生物(Macromolecules, 2006, 39: 594-603；Chem.Commun.，2006, 871-873)。合成了一种带二噻吩乙烯支链的聚噻吩显示一个380nm～650nm的宽而强的吸收峰(图2中的P3)，使用这种聚合物与C60衍生物PCBM共混(重量比1：1)，制备的聚合物太阳能电池在模拟太阳光(AM1.5, 100 mW/cm2)下的最高能量转化效率达到3.18%，比当前广泛使用的聚(3-己基噻吩)(P3HT)在同样实验条件下的能量转换效率提高38%，为新型共轭聚合物材料的最高水平 (J. Am. Chem. Soc, 2006, 128: 4911-4916)，此结果标志着我国聚合物光伏材料的研究进入国际先进行列。

    另外，该组最近在高迁移率共轭聚合物材料方面也取得了可喜进展，设计和合成了一种带共轭桥连的交联型聚噻吩衍生物(图3)，含5%共轭桥的聚合物的空穴迁移率比不含共轭桥时提高了两个数量级，其光伏性能也有明显提高(Macromol. Rapid Commun. 2006, 27: 793?C798)。 

聚合物 太阳能电池基本结构示意图，其中共轭聚合物／PCBM复合膜厚度一般100 nm左右

支链共轭聚噻吩的分子结构，吸收光谱和光电转换外量子效率（IPCE）