【摘 要】
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有机太阳能电池（Organic Solar Cells,OSCs）作为缓解能源危机的潜在技术手段,已经取得了飞跃的发展。本论文中,我们以构建合成简单和高效率的材料为目标,基于A-D-A’-D-A型分子结构的分子设计策略,成功合成了两类小分子材料（非稠环小分子给体材料和稠环小分子受体材料）,并通过对两类材料端基的调控,实现光学、电学及其光伏性能的优化。主要内容如下:（1）利用A-D-A’-D-A型骨
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有机太阳能电池（Organic Solar Cells,OSCs）作为缓解能源危机的潜在技术手段,已经取得了飞跃的发展。本论文中,我们以构建合成简单和高效率的材料为目标,基于A-D-A’-D-A型分子结构的分子设计策略,成功合成了两类小分子材料（非稠环小分子给体材料和稠环小分子受体材料）,并通过对两类材料端基的调控,实现光学、电学及其光伏性能的优化。主要内容如下:（1）利用A-D-A’-D-A型骨架的设计策略,以氟代苯并噻二唑为中心受体单元,环戊二烯并二噻吩为相邻的给体单元,氰乙酸2-乙基己酯和3-己基罗丹宁分别为末端单元,合成了两个非稠环小分子给体MDF-1和MDF-2,并对其光学、电化学性质进行表征来探究不同拉电子能力的端基对分子性质的作用。MDF-2由于具有较强的吸电子能力端基,分子间的电荷转移效应更强,导致其吸收更红且最高占有分子轨道更深。随后,选取Y6作为电子受体材料来探究具有不同端基的两种小分子对其器件性能的影响。结果显示,基于MDF-2:Y6的器件获得了较高的能量转移效率（1.64%）,而基于MDF-1的器件效率仅0.11%。该研究表明调控端基的吸电子能力是提高材料光伏性能的有效手段。（2）在上述研究基础上,以1,3-二乙基-2-硫代巴比妥酸和1,3-二甲基巴比妥酸为吸电子末端设计并合成了两个A-D-A’-D-A型稠环第三组分材料,即MAZ-1和AMZ-2。将它们作为第三组分掺杂到高效的D18:Y6二元体系,能够进一步地提升器件效率,主要是因为第三组分的增加扩宽了光吸收范围和能够提高开路电压,三元器件具有更平衡的载流子迁移率和更少的电荷复合损失。当MAZ-1和MAZ-2的掺杂含量为10%时,三元电池分别获得了17.77%和17.91%的最佳能量转换效率。这一工作表明,通过调控主体材料的端基得到结构相似的客体材料是合理设计第三组分并进一步提高有机电池能量转换效率的有效策略。
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