【摘 要】
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在过去的几年中,受体-供体-受体(A-D-A)型非富勒烯小分子受体(NF-SMAs)材料受到了越来越多的关注。已报道的高效率本体异质结(BHJ)太阳能电池中,为了实现更高的短路电流(Jsc)和能量
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在过去的几年中,受体-供体-受体(A-D-A)型非富勒烯小分子受体(NF-SMAs)材料受到了越来越多的关注。已报道的高效率本体异质结(BHJ)太阳能电池中,为了实现更高的短路电流(Jsc)和能量转换效率(PCE),最常见的策略是将宽带隙给体材料与光谱互补的窄带隙NF-SMAs搭配。本文从设计一类新型结构的窄带隙NF-SMAs材料的角度出发,设计合成了两个新型吸电子-给电子-给电子-吸电子(A-D-D-A)型受体材料。并详细研究了这两个A-D-D-A型受体材料在聚合物太阳能电池及小分子太阳能电池中的光伏性质。具体研究内容总结如下:1. 设计合成了两个基于茚并二噻吩(IDT)为D单元,二氟代氰基茚酮(DFIC)为A单元的A-D-D-A型窄带隙NF-SMAs C6-IDT2-DFIC和IDT2-DFIC,并应用于聚合物太阳能电池中。研究发现,与苯基己基侧链小分子受体IDT2-DFIC相比,具有己基侧链的C6-IDT2-DFIC显示出了1.39 e V的低光学带隙,并且在450-890 nm区域具有很强的近红外吸收,同时C6-IDT2-DFIC的结晶性有所增强。此外,基于PBDB-T:C6-IDT2-DFIC的共混膜表现出更加平衡的电荷迁移率。基于PBDB-T:C6-IDT2-DFIC的聚合物太阳能电池获得了12.33%的PCE和22.57 m A cm-2的高Jsc,而基于IDT2-DFIC器件的PCE为10.06%,Jsc为16.06 m A cm-2。本研究为构建高效的NF-SMAs及其聚合物太阳能电池提供了可行的策略。2. 以苯并-(1,2-b:4,5-b’)二噻吩(BDT)为给体单元,苯并-(1,2-c:4,5-c’)二噻吩-4,8-二酮(BDD)为受体单元的小分子给体5BDTBDD,制备了基于5BDTBDD:C6-IDT2-DFIC体系的全小分子太阳能电池。在优化过程中发现,小分子太阳能电池在经过热退火处理后与未经过热退火处理的器件相比有着极大的性能提升。此外,基于5BDTBDD:C6-IDT2-DFIC体系的全小分子太阳能电池在经过热退火后有着更加平衡的电荷迁移率与更加光滑的表面形貌。基于5BDTBDD:C6-IDT2-DFIC体系的全小分子太阳能电池在经过热退火后显示出7.19%的PCE和69.75%的高FF,而未经热退火处理的器件仅显示了1.92%的PCE和33.03%的FF。本研究为构建高效的全小分子太阳能电池提供了一种可行的器件优化策略。
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