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随着全球能源和环境问题的日益严峻,寻找清洁的可再生能源已成为人们最迫切的需求。在众多新能源中,太阳能由于其具有取之不尽、不受地域限制、无污染和无噪音等优势而备受瞩目。相比于传统无机硅太阳电池,有机聚合物太阳电池由于具有低成本、柔性和可采用“卷对卷”(Roll-to-Roll)工艺制备大面积器件等优势而引起了学术界和工业界的极大关注。目前,聚合物太阳电池的能量转换效率已经超过11%,但是离其商业仍还有许多难题亟待我们解决,比如效率相对于硅系太阳电池偏低、稳定性能较差、大面积器件效率低等等。本论文基于烷基酰亚胺基团集电子能级和溶解度调控于一体的独特魅力,从光电有机半导体材料的设计理念出发,我们创造性地将烷基酰亚胺基团引入到苯并噻二唑、喹喔啉、二苯并吩嗪和苯并三唑等一些常见的缺电子单元中,从而获得了性能改良的新型受体单元,并以此合成出一系列含烷基酰亚胺的新型共轭有机聚合物或小分子,将其应用于有机太阳电池中,取得了较为理想的成果。在第二章,通过Stille缩聚反应,我们设计并合成出三个2,1,3-苯并噻二唑-5,6-二酰亚胺与不同噻吩衍生物共聚的D-A型聚合物太阳电池给体材料,并详细对比研究了给体单元的结构对聚合物的光谱、能级和光伏性能等的调控效应,为设计和优化聚合物材料的结构带来了极大参考价值。在第三章,我们设计并合成出环酰亚胺取代喹喔啉(TPQD)和环酰亚胺取代二苯[a,c]并吩嗪(TBPDI)两种受体单元,并将它们与苯并双噻吩(BDT)或引达省并二噻吩(IDT)共聚得到四个D-A型共聚物。与基于TPQD的聚合物相比,基于TBPDI的聚合物由于悬挂的两个苯环被并环后而抑制了它们的旋转,使得它们的主链平面性更好,分子链之间堆积更紧凑,吸收变得更宽且更强,空穴迁移率也更高。结果基于TBPDI和IDT的共聚物获得了最高能量转换效率,达到5.58%,证明了通过扩大共平面后得到的TBPDI受体单元在构建高效共轭聚合物材料上的潜能。在第四章,我们首次设计并合成了4,8-二噻吩基-吡咯并[3,4-f]苯并三唑-5,7-二酮(TZBI)这一新型受体单元。相比于苯并三唑,TZBI由于环酰亚胺生色团的引入而具有更强的吸电子性,同时由于增加了一个可溶性烷基修饰位点而具有更好的溶解度调控能力和更灵活的烷基链排布方式。将TZBI与苯并双噻吩共聚后得到一个宽带隙聚合物PTZBIBDT,并将其应用于聚合物太阳电池中,获得了8.63%的能量转换效率,这开启了TZBI的应用之门,为基于TZBI的材料发展奠定了基础。在第五章,我们对TZBI进行了进一步研究,将其与二噻并苯并双噻吩共聚获得了一种横向拓展聚合物PDTBDT-TZBI。与上一章的PTZBIBDT相比,PDTBDT-TZBI的吸收光谱发生了红移,HOMO能级更深,但是吸收系数下降得比较大。结果由于短路电流的下降,PDTBDT-TZBI的效率下降到7.66%。相信通过对PDTBDT-TZBI进一步结构优化,聚合物的电池性定会得到改善。在第六章,我们首次设计并合成了一种基于苊并[1,2-b]喹喔啉二酰亚胺的n-型小分子AQI-T2。这个小分子表现出较深的LUMO能级(-3.64 eV)。以此小分子为受体材料和PTB7-Th为给体材料制备的非富勒烯有机太阳电池器件的能量转换效率为0.77%。器件效率相对较低的原因可能是由于AQI-T2强结晶性而导致活性层的相分离尺度太大。未来我们将会继续从控制活性层形貌这一方面进行着重研究,以此来探究其与光伏性能之间的联系。