【摘 要】
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有机太阳能电池（OPV）因其具有价格低廉、质量轻、可进行溶液加工等特点,近年来备受科学家们的关注。随着科研工作者的不断努力,当前三元OPVs的光电转换效率（PCE）已经突破了19%,叠层OPVs的PCE更是突破了20%。但目前效率最高的器件都是基于非富勒烯小分子受体材料,这类材料存在着加工性能较差,器件稳定性不好等缺点。而非富勒聚合物受体材料可以很好的克服这些问题,因此如何设计并制备得到稳定的高性
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有机太阳能电池（OPV）因其具有价格低廉、质量轻、可进行溶液加工等特点,近年来备受科学家们的关注。随着科研工作者的不断努力,当前三元OPVs的光电转换效率（PCE）已经突破了19%,叠层OPVs的PCE更是突破了20%。但目前效率最高的器件都是基于非富勒烯小分子受体材料,这类材料存在着加工性能较差,器件稳定性不好等缺点。而非富勒聚合物受体材料可以很好的克服这些问题,因此如何设计并制备得到稳定的高性能非富勒烯聚合物受体材料显得尤为关键。本论文以研究新型有机聚合物电子受体为学位论文工作,设计合成了三个不同体系的非富勒烯聚合物受体材料,研究了其结构性能关系。1.针对目前效率最高的有机小分子电子受体材料Y6及其相应的聚合物受体材料在短波区域光吸收能力比较差的不足。使用在400-500 nm波段范围内具有强吸收能力的卟啉分子,对Y6在短波长范围内的光吸收能力进行补强。以不同比例的卟啉与Y6共聚,设计合成了三种聚合物受体分子PTPBT-P1、PTPBT-P5、PTPBT-P10。少量卟啉单元的引入,就可以明显改善Y6在短波范围内的光吸收强度,同时提高相应聚合物的LUMO能级。使用三种聚合物作为受体,PBDB-T聚合物为给体制备的全聚合物光伏器件分别获得了最高5.00%、4.05%、2.21%的效率。2.Y6分子在短波吸收弱,长波吸收强,而NDI基材料在短波吸收强,对太阳光中最强光子流700 nm附近的吸收利用率弱,所以两种材料在吸收光谱上具有很强的互补性。将Y6与NDI按照不同比例进行共聚,合成了三种非富勒烯聚合物受体材料P1、P2、P3。随分子中NDI含量的增加,聚合物的热稳定性明显增加;在可见光吸收范围内,350 nm附近的吸收峰逐渐增强,且吸收峰位置逐渐红移,但其在近红外区的吸收却发生少许蓝移。将这三种聚合物分别与给体聚合物PBDB-T共混制备OPV器件,由于Y6比NDI具有更好的光伏性能,随分子中Y6含量的降低,其PCE从P1分子的2.90%降低至了P3分子的1.35%,表现出逐渐降低的趋势。3.为了克服NDI基聚合物光伏材料消光系数低,容易出现因NDI单元结晶能力强而导致分子过度聚集的问题,将卟啉与NDI单元共聚,并分别使用联噻吩/并噻吩单元为?桥,合成了两种聚合物受体材料PPNDIBT、PPNDITT分子,以期利用卟啉来调控聚合物分子的结晶性和聚集性,同时研究不同的?桥对分子主链构型的影响。发现,使用并噻吩?桥得到的分子PPNDITT具有更好的共平面性,但使用联噻吩?桥得到的分子PPNDIBT的能隙更低,其吸收光谱明显红移。
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