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近些年来,有机太阳能电池因其具备柔性、质量轻、成本低,对环境友好等优势,更有利于未来的商业化,成为研究者广泛关注的领域。当前,基于本体异质结(BJH)有机太阳能电池的光电转换效率(PCE)已经突破了 18%。有机太阳能电池光电转换效率地快速发展,很大程度上得益于活性层材料的不断创新与改善。设计合成新型高效的活性层材料是提高和改善有机太阳能电池光电换效率的核心途径。对于聚合物给体分子的设计,通常将一个给电子单元(D)和一个吸电子单元(A)构建成D-A型交替共聚物。事实上,现有的高效给电子单元和吸电子单元十分有限,大多数时候都只能在现有高效D-A型交替共聚物上进行侧链上的修饰,微调聚合物的光电性能,合成路线复杂且成本较高。而无规共聚通过第三单元(D2或A2)引入D-A型二元交替共聚物中,只需要简单地通过调整第三单元的结构和数量,可以容易地调节共聚物给体的光伏性能。遗憾的是,无规共聚物给体最终表现出来的器件性能相比较于D-A型交替共聚物还是有所欠缺。这主要是由于无规共聚中第三单元的引入带来光电性能的改善的同时,对聚合物分子平面性也带来一定的破坏,不利于电荷的传输。如何权衡好无规共聚中第三单元的引入带来的光电性能的改善和分子结构的破坏的关系成为关键。因此,本文研究的主要内容是在无规共聚中合理地引入第三单元改善交替聚合物给体的光伏性能及分子结构,提高有机太阳能电池的器件效率。在第一个工作中,选取了高结晶性硅烷基官能化的共聚物J71作为母体,将不同含量、自组装性、吸光强的苯并[1,2-c:4,5-c]二噻吩-4,8-二酮(BDD)作为第三单元引入J71中,合成了两种不同比例的无规共聚物PBDT-TZ-BDD-1/19和PBDT-TZ-BDD-1/9。BDD单元的引入不仅使无规共聚物的吸收系数变大,并通过无规共聚略微减少共聚物的周期序列,促进与受体的相容性,而且合理的减少相分离尺度。同时还发现引入少量共轭平面BDD单元的聚合物PBDT-TZ-BDD-1/19 具有更加明显的face-on 取向。无规聚合物PBDT-TZ-BDD-1/19和PBDT-TZ-BDD-1/9分别与ITIC受体共混后器件中的短路电流(JsC)和填充因子(FF)都有提高,光电转换效率也都有了明显提升,其中,PBDT-TZ-BDD-1/19:ITIC共混后器件效率达到1 1.02%。第二个工作中,基于非富勒烯受体IT-4F和Y6的有机太阳能电池的开路电压(Voc)普遍较低的问题,通过无规共聚将不同含量具有强拉电子能力的氯化苯并[1,2-c:4,5-c]二噻吩-4,8-二酮(BDD-C1)作为第三单元引入D-A型交替共聚物PM6中合成了两种不同比例的无规共聚物PBDT-T-Cl-1/4和PBDT-T-C1-1/2。BDD-C1单元具有更强的电子亲和力,拉低无规共聚物的分子能级,与受体Y6能级更加匹配,有利于开路电压的提高。而且BDD-C1单元中的氯(C1)原子有助于增强无规共聚物的光吸收。同时BDD-C1单元上的C1原子与苯并[1,2-b:4,5-b]二噻吩(BDT)单元上的硫(S)原子可以形成S-C1非共价相互作用,使得两共轭单元之间的扭转角很小,从而避免第三单元的引入对聚合物分子平面性的破坏。其中,引入20%的BDD-C1单元的无规共聚物PBDT-T-Cl-1/4与Y6共混后器件的开路电压(Voc)和Jsc有所改善,光电转换效率达到到15.63%。